基于超对称原理的激光系统

来自中佛罗里达大学和密歇根理工大学的一组研究人员开发了一种基于超对称原理的激光系统概念。在发表在《科学》杂志上的论文中，研究小组报告说，他们的系统旨在解决用紧凑型激光系统产生更多光的问题。卫斯理大学的Tsampikos Kottos在同一期杂志上写了一篇关于团队工作的观点文章。                

超对称激光阵列的工作原理。(a)无限势井及其在未破裂的超对称体系中的超对称粒子对。除了基态外，初等势的所有特征值都与超对称粒子的特征值完全匹配。通过算符A和A†的作用，初级势及其超对称对应物的本征函数相互转化。(b)一个超对称激光阵列的示意图，该 =阵列包含一个耦合到其损耗超伙伴(蓝色)的主有源晶格(红色)。超对称激光器仅以基本同相模式发射。来源：《科学Science》。

Kottos指出，有许多物理应用需要使用紧凑型激光系统，而且输出功率要求也很高。为了满足这一需求，许多物理学家已经将多个激光器组合成一个阵列。不幸的是，这种方法受到质量较差的光束的影响。Kottos指出，克服这个问题的一种方法是使用单模的选择性放大，但这样做有其自身的缺点。在这项新的研究中，研究人员提出了一种基于超对称原理的不同方法。    

超对称性是一个基于数学的理论，它描述了玻色子和费米子之间的关系。它表明，对于每一个已知的基本粒子，都必须有一个更重的“超级伙伴”。为了建立一种新的激光系统，研究人员利用这一想法创建了一个稳定的半导体激光器阵列，这些激光器共同提供预期应用所需能量。更具体地说，他们设计了一个通过抑制高阶模态来强调基本模态的系统。他们通过将它们与低质量的模式配对来做到这一点，即它们的有损超级合作伙伴。这个想法是让阵列支持它们，使它们与高阶模式相匹配。

为了验证他们的想法，研究人员首先在一个微小的(只有1000纳米宽)磷化铟晶片上创建了多个量子阱，每个晶片相距仅400纳米。他们发射了1064纳米波长的激光来刺激这种结构。这样做抑制了高阶横向模，同时显示出低的发散。他们报告说，基本模式与有损部分脱耦合，这是唯一一个经历增益的状态，并实现单模激光。                  

原文链接：https://phys.org/news/2019-02-laser-built-principles-supersymmetry.html