We report on experiments with deformed polymer microlasers that have a low refractive index and exhibit unidirectional light emission. We demonstrate that the highly directional emission is due to transport of light rays along the unstable manifold of the chaotic saddle in phase space. Experiments, ray-tracing simulations, and mode calculations show very good agreement.

1.
K. J.
Vahala
,
Nature (London)
424
,
839
(
2003
).
2.
S. L.
McCall
,
A. F. J.
Levi
,
R. E.
Slusher
,
S. J.
Pearton
, and
R. A.
Logan
,
Appl. Phys. Lett.
60
,
289
(
1992
).
3.
C. P.
Michael
,
K.
Srinivasan
,
T. J.
Johnson
,
O.
Painter
,
K. H.
Lee
,
K.
Hennessy
,
H.
Kim
, and
E.
Hu
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
051108
(
2007
).
4.
A. F. J.
Levi
,
R. E.
Slusher
,
S. L.
McCall
,
J. L.
Glass
,
S. J.
Pearton
, and
R. A.
Logan
,
Appl. Phys. Lett.
62
,
561
(
1993
).
5.
J. U.
Nöckel
and
A. D.
Stone
,
Nature (London)
385
,
45
(
1997
).
6.
C.
Gmachl
,
F.
Capasso
,
E. E.
Narimanov
,
J. U.
Nöckel
,
A. D.
Stone
,
J.
Faist
,
D. L.
Sivco
, and
A. Y.
Cho
,
Science
280
,
1556
(
1998
).
7.
H. G. L.
Schwefel
,
N. B.
Rex
,
H. E.
Tureci
,
R. K.
Chang
,
A. D.
Stone
,
T.
Ben-Messaoud
, and
J.
Zyss
,
J. Opt. Soc. Am. B
21
,
923
(
2004
).
8.
H.
Cao
and
J.
Wiersig
,
Rev. Mod. Phys.
87
,
61
(
2015
).
9.
G. D.
Chern
,
H. E.
Tureci
,
A. D.
Stone
,
R. K.
Chang
,
M.
Kneissl
, and
N. M.
Johnson
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
1710
(
2003
).
10.
M.
Hentschel
and
T.-Y.
Kwon
,
Opt. Lett.
34
,
163
(
2009
).
11.
M.
Hentschel
,
T.-Y.
Kwon
,
M. A.
Belkin
,
R.
Audet
, and
F.
Capasso
,
Opt. Express
17
,
10335
(
2009
).
12.
J.
Wiersig
and
M.
Hentschel
,
Phys. Rev. A
73
,
031802(R)
(
2006
).
13.
N.
Djellali
,
I.
Gozhyk
,
D.
Owens
,
S.
Lozenko
,
M.
Lebental
,
J.
Lautru
,
C.
Ulysse
,
B.
Kippelen
, and
J.
Zyss
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
101108
(
2009
).
14.
J.
Wiersig
and
M.
Hentschel
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
033901
(
2008
).
15.
Q. H.
Song
,
W.
Fang
,
B.
Liu
,
S. T.
Ho
,
G. S.
Solomon
, and
H.
Cao
,
Phys. Rev. A
80
,
041807(R)
(
2009
).
16.
C.
Yan
,
Q. J.
Wang
,
L.
Diehl
,
M.
Hentschel
,
J.
Wiersig
,
N.
Yu
,
C.
Pflügl
,
F.
Capasso
,
M. A.
Belkin
,
T.
Edamura
,
M.
Yamanishi
, and
H.
Kan
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
251101
(
2009
).
17.
Q. J.
Wang
,
C.
Yan
,
L.
Diehl
,
M.
Hentschel
,
J.
Wiersig
,
N.
Yu
,
C.
Pflügl
,
M. A.
Belkin
,
T.
Edamura
,
M.
Yamanishi
,
H.
Kan
, and
F.
Capasso
,
New J. Phys.
11
,
125018
(
2009
).
18.
S.
Shinohara
,
M.
Hentschel
,
J.
Wiersig
,
T.
Sasaki
, and
T.
Harayama
,
Phys. Rev. A
80
,
031801(R)
(
2009
).
19.
C.-H.
Yi
,
M.-W.
Kim
, and
C.-M.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
141107
(
2009
).
20.
F.
Albert
,
C.
Hopfmann
,
A.
Eberspächer
,
F.
Arnold
,
M.
Emmerling
,
C.
Schneider
,
S.
Höfling
,
A.
Forchel
,
M.
Kamp
,
J.
Wiersig
, and
S.
Reitzenstein
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
021116
(
2012
).
21.
C. P.
Dettmann
,
G. V.
Morozov
,
M.
Sieber
, and
H.
Waalkens
,
Phys. Rev. A
80
,
063813
(
2009
).
22.
S. V.
Boriskina
,
T. M.
Benson
,
P.
Sewell
, and
A.
Nosich
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
12
,
52
(
2006
).
23.
Q. J.
Wang
,
C.
Yan
,
N.
Yu
,
J.
Unterhinninghofen
,
J.
Wiersig
,
C.
Pflügl
,
L.
Diehl
,
T.
Edamura
,
M.
Yamanishi
,
H.
Kan
, and
F.
Capasso
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
107
,
22407
(
2010
).
24.
H.-J.
Stöckmann
,
Quantum Chaos
(
Cambridge University Press
,
Cambridge, UK
,
2000
).
25.
A. J.
Lichtenberg
and
M. A.
Lieberman
,
Regular and Chaotic Dynamics
(
Springer
,
Berlin
,
1992
).
26.
Y.-C.
Lai
and
T.
Tél
,
Transient Chaos
(
Springer
,
Berlin
,
2010
).
27.
S.-B.
Lee
,
J.
Yang
,
S.
Moon
,
J.-H.
Lee
,
K.
An
,
J.-B.
Shim
,
H.-W.
Lee
, and
S. W.
Kim
,
Phys. Rev. A
75
,
011802(R)
(
2007
).
28.
C. L.
Zou
,
F. W.
Sun
,
C. H.
Dong
,
F. J.
Shu
,
X. W.
Wu
,
J. M.
Cui
,
Y.
Yang
,
Z. F.
Han
, and
G. C.
Guo
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
19
,
9000406
(
2013
).
29.
J.
Unterhinninghofen
, “
Ray-wave correspondence and extended ray dynamics in optical microcavities
,” Ph.D. thesis (
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
,
2011
).
30.
X.-F.
Jiang
,
Y.-F.
Xiao
,
C.-L.
Zou
,
L.
He
,
C.-H.
Dong
,
B.-L.
Li
,
Y.
Li
,
F.-W.
Sun
,
L.
Yang
, and
Q.
Gong
,
Adv. Mater.
24
,
OP260
(
2012
).
31.
I.
Gozhyk
,
G.
Clavier
,
R.
Méallet-Renault
,
M.
Dvorko
,
R.
Pansu
,
J.-F.
Audibert
,
A.
Brosseau
,
C.
Lafargue
,
V.
Tsvirkun
,
S.
Lozenko
,
S.
Forget
,
S.
Chénais
,
C.
Ulysse
,
J.
Zyss
, and
M.
Lebental
,
Phys. Rev. A
86
,
043817
(
2012
).
32.
M.
Lebental
,
N.
Djellali
,
C.
Arnaud
,
J.-S.
Lauret
,
J.
Zyss
,
R.
Dubertrand
,
C.
Schmit
, and
E.
Bogomolny
,
Phys. Rev. A
76
,
023830
(
2007
).
33.
J.
Wiersig
,
J. Opt. A: Pure Appl. Opt.
5
,
53
(
2003
).
34.
J.-B.
Shim
,
J.
Wiersig
, and
H.
Cao
,
Phys. Rev. E
84
,
035202(R)
(
2011
).
35.
M.
Hentschel
,
H.
Schomerus
, and
R.
Schubert
,
Europhys. Lett.
62
,
636
(
2003
).
36.

Poly(methyl methacrylate) (PMMA A6 resist by Microchem).

37.

4-(Dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4Hpyran (by Exciton).

38.
S.
Lozenko
,
N.
Djellali
,
I.
Gozhyk
,
C.
Delezoide
,
J.
Lautru
,
C.
Ulysse
,
J.
Zyss
, and
M.
Lebental
,
J. Appl. Phys.
111
,
103116
(
2012
).
39.
V. W.
Chen
,
N.
Sobeshchuk
,
C.
Lafargue
,
E. S.
Mansfield
,
J.
Yom
,
L.
Johnstone
,
J. M.
Hales
,
S.
Bittner
,
S.
Charpignon
,
D.
Ulbricht
,
J.
Lautru
,
I.
Denisyuk
,
J.
Zyss
,
J. W.
Perry
, and
M.
Lebental
,
Opt. Express
22
,
12316
(
2014
).
You do not currently have access to this content.