来自中佛罗里达大学和密歇根科技大学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。在他们发表在《科学》上的论文中，该研究小组的系统旨在解决使用紧凑激光系统产生更多光的问题。卫斯理大学的Tsampikos Kottos在同一期刊上发表了一篇关于该团队工作的观点文章。Kottos指出：
有许多物理应用需要使用同样具有高输出功率要求的紧凑激光系统。为了满足这一需求，许多物理学家开始将多个激光器组合成一个阵列。不幸的是，这种方法会产生质量较差的光束。克服这个问题的一种方法是使用单一模式的选择性放大——但是这样做有它自己的缺点。
博科园-科学科普：在这项新研究中，研究人员提出了一种不同的方法：一种基于超对称原理的方法。超对称性是一种基于数学的理论，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，必须有一个更重的“超级搭档”。为了建造一种新型的激光系统，研究人员利用这一想法创造了一种稳定的半导体激光器阵列，它们共同为未来的应用提供所需的能量。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。
图示为SUSY激光阵列的工作原理，(A)无限势阱及其在不间断SUSY体系中的超级伙伴。除了基态外，所有主势的特征值都与超伴子的特征值完全匹配。通过算子A和A?.的作用，将原势本征函数和超对称本征函数相互转化。(B)一个SUSY激光阵的示意图，其中包括一个主有源晶格(红色)与其有损超伴元(蓝色)耦合。SUSY激光器只发射基本的inphase模式。图片：Science(2019). DOI: 10.1126/science.aav5103
通过将它们与低质量的模式(即有损的超级伙伴)配对来做到这一点。这个想法是让数组支持它们，这样它们就能与更高阶模式相匹配。为了验证他们的想法，研究人员首先在一个只有1000纳米宽的磷化铟晶片上建立了多个量子阱，每个量子阱之间的距离只有400纳米。用1064纳米波长的激光刺激这个结构。这样做抑制了高阶横模，同时表现出低发散。基本模态与有损模态解耦，这是唯一一个有增益的模态，这导致了单模激光。
博科园-科学科普｜by Bob Yirka/Phys
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参考期刊文献:《Science》
DOI: 10.1126/science.aav5103
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