Исследование: лазерные нулевые моды не всегда являются топологическими

Современные исследования на стыке неэрмитовой физики и топологической фотоники открывают новые возможности для создания стабильных лазерных систем. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications Physics, ставит под сомнение устоявшуюся логику, согласно которой лазерная нулевая мода в фотонном массиве всегда наследует свойства топологического краевого состояния.

Иллюстрация основного результата работы. Лазерная нулевая мода в сильно связанном массиве SSH напоминает топологическую нулевую моду. В слабо связанном массиве она становится делокализованной. Автор: Мохаммад Махди Алиреза.

Учёные из Университета Сент-Луиса и их коллеги из Франции продемонстрировали, что лазерная нулевая мода в массиве Су-Шриффера-Хеггера (SSH) не всегда сохраняет пространственный профиль топологической нулевой моды, связанной с исходной пассивной решёткой.

«Нашей отправной точкой была интуитивная идея, что если все связи между элементами массива свести к нулю, то накачанные участки должны излучать одинаковую мощность при одинаковых условиях накачки», — пояснил профессор оптики и фотоники Рами Эль-Ганайни.

Исследование показало, что в зависимости от баланса между межсайтовой связью и оптическими потерями, нелинейное насыщение усиления может перевести нулевую моду в делокализованное состояние, распределяя её интенсивность почти равномерно по всему массиву.

«Наши результаты дают более глубокое понимание взаимодействия между нелинейной динамикой, топологическими эффектами и неэрмитовой физикой», — добавил Эль-Ганайни.

Авторы работы ожидают, что полученные выводы будут актуальны для широкого спектра экспериментальных платформ в области топологической фотоники и квантовых систем с нелинейными потерями.

Больше информации: Mohammadmahdi Alizadeh et al, Lasing zero modes are not always topological, Communications Physics (2025). DOI: 10.1038/s42005-025-02377-7