光子晶体激光最近进展

目录

Singular dielectric nanolaser with atomic-scale field localization：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07674-9

感觉都要和腔量子电动力学有关了

芯片级元奇点：拓扑学、动力学和实用方面 综述

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2709472324000273#:~:text=Herein ,%20we%20provide%20a%20comprehensive%20overview%20of%20photonic
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图 1. 1. 根据物理领域将元空间奇点分为三类：实空间奇点（偏振奇点 [20] , [21] , [40] 相位奇异性 [14] , anapole [41] , [42] , [43] ）、动量空间奇异性（BIC 诱导的极化奇异性 [24] , [27] , [28] , [44] , [45] DP [34] , [35] ，WP [31] ）和参数空间奇异性（不同系统中的 EP [46] , [47] 分别位于左、右和底扇区。每种类型都具有独特的拓扑、动力学和实用特征。

26年综述 All-emission control in 2D-photonic crystal microlasers 光子晶体激光器相关的全面考虑因素的综述

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(26)00076-7
二维光子晶体（2D-PhC）微激光器正作为片上光源逐渐兴起，其发射可通过波长、模态、光束形状、功率和时间“编程”。本综述提供了一个统一框架，将物理设计旋钮——材料与增益介质、晶格与能带工程、缺陷/纳米腔定位、奇点与拓扑、辐射控制及主动驱动——连接到五个可观测输出类别。读者可以了解拓扑纳米彩虹激光器和迷你BIC纳米激光器、瓦特级PhC表面发射激光器（PCSEL）、拓扑和涡旋微激光器，以及带有波前合成的“金属化器”等开创性进展如何适用于同一设计空间。展望未来，有三个方向尤为有前景。首先，将时间控制与光谱和空间控制同等对待，可能使二维-PhC微激光器能够从一开始就设计为极快、可编程的吉赫兹-飞秒级发射动力学。其次，将丰富的发射可编程性扩展到电泵、可见光和有机平台，将使这些概念更接近实用的光引擎，用于显示、传感和紧凑集成光子学。第三，将稳健性、制造性及系统级集成明确化设计目标，对于将实验室演示转化为可部署的自由空间通信、激光雷达、高亮度照明和片上光学互连的源至关重要。对于寻求深入探讨的读者，综述指出聚焦于PCSEL、连续介质和平带激光器中的束缚态、拓扑激光器和谷状激光器，以及金属化器和莫尔雷纳激光阵列的文献，作为自然的下一步。

时间反演对称光学拓扑安德森绝缘体---这个工作可以做成片上的！！！拓扑保护的随机激光器！或者拓扑保护的无序随机激光器[因为量子点是无序撒点,所以这个工作可能很有价值,就是非常好的拓扑保护的单光子光源！！！】【抓紧时间！】

https://mp.weixin.qq.com/s/KbdEZO927QI0MPlx_H1miQ
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.133802

也许可以做拓扑保护的随机激光器！

光子晶体是实用化的器件：北大王兴军组做的光子芯片已经离商业化很近了，产品、激光雷达中用

https://opticsjournal.net/Articles/OJc47636bbde54ee62/Abstract
里面介绍了光子晶体调制器在光子集成电路中的应用
所以我们偏物理地去研究光子晶体是真的有用的！

双层六方光子晶体中的多相拓扑激光器

用哈密顿量来研究了激光。
https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.110.063502#s4

在实验中同时实现具有拓扑体态、边缘态、角态的激光！！！

Lasing at Multidimensional Topological States in a Two-Dimensional Photonic Crystal Structure
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsphotonics.0c00357

轨道手性激光器。 双层光子晶体板 也可以做实验了，我们组也能做这种双层光子晶体板！也很多新物理可以研究了。注意以后的研究方向。这篇需要读！

https://arxiv.org/html/2506.20227v1
手性是物理学中的一个基本概念，支撑着非线性光学、量子物理学和拓扑光子学中的各种现象。尽管光子的自旋自然会带来手性，但轨道角动量也可以在镜像对称性破缺的结构中变得手性活跃。在这里，我们观察到扭曲双层光子结构利用其固有结构手性的轨道手性激光。具体来说，我们通过粘合和旋转两个独立的半导体膜超表面来设计和制造莫尔型光学结构。我们通过光学泵浦扭曲结构，实现了 250 nm 宽光谱范围内的单模激光。激光发射表现出轨道手性特征，这是由顺时针和逆时针旋转集体引导共振之间的螺旋和非厄米耦合产生的，并通过偏振分辨成像和自干涉模式得到证实。我们的结果首次观察了扭曲光子学中的轨道手性激光，它们可以为手性光在诊断、光学纵和与光通信中的多样化应用做出贡献。

这种边界效应的激光器第一次出现，可以仔细研究！后续肯定有进展。Observation of chiral emission enabled by collective guided resonances

北京大学 Chao Peng 团队、澳大利亚国立大学 Yuri Kivshar 团队和中科院半导体所 Wanhua Zheng 团队受空间局域模式的集体振荡和实空间与动量空间傅里叶对偶的启发，利用光子晶体平板内各个导模共振的全向杂化，实现了集体导模的手性辐射。具体而言，作者用各向同性边界包围均匀光子晶体，并由于边界的散射，将离散的体导模共振杂化成一系列集体模式。这导致了实空间中的手性螺旋涡旋发射。通过使用非对称泵浦来提升手性对称性，作者实现了螺旋集体模式的稳定单模激光振荡，并通过偏振分辨成像和自干涉图样证实了涡旋发射的性质，从而展示了动量空间中集体振荡的一个生动例子。
https://www.nature.com/articles/s41565-025-01964-7

边界对光子晶体激光的影响：THz、金属上刻孔、狄拉克涡旋、利用了边界对光子晶体激光的影响！！！

High-power electrically pumped terahertztopological laser based on a surface metallicDirac-vortex cavity
https://mp.weixin.qq.com/s/emDUiJkJ0WR4OuVynnYjZw
Nature Communications：表面金属狄拉克涡旋腔的高功率电泵浦太赫兹拓扑激光器

彭超组 边界对光子晶体激光的影响 也是平顶光

受人工规范场驱动的光子系统中的波形态变换和平顶基态
https://arxiv.org/abs/2509.21183

另一种拓扑光子晶体实现平顶光的方法： 25年light基于Jackiw-Rebbi态的拓扑光束整形：实验与模拟验证

https://mp.weixin.qq.com/s/VLbp7Psa7T-b8pzPIWQp-A

Unconventional localization of light with Mie-tronics 一种新的光子晶体激光器，可以学一下

https://arxiv.org/abs/2507.11995
光的定位需要高 Q 值空腔或空间无序，然而光的波浪特性可能会带来新的机遇。在这里，我们建议采用米氏电子学作为一种强大的方法，实现不同共振的混合，通过干涉效应增强光的约束。
与传统方法相反，我们利用有限共振器阵列

中的对称性破坏，通过面内多重散射来提高 Q 值。在应用于光子莫尔结构时，我们的方法通过生成的集体模式之间的扭曲诱导耦合，产生了珀塞尔因子的巨大增强。我们的发现揭示了微调合作散射如何超越传统限制，从而推进了许多亚波长系统中的波定位控制。

BIC激光器 自旋轨道锁定效应 25年4月PRL

https://inqc.fudan.edu.cn/41/d2/c18367a737746/page.htm
资剑、石磊团队揭示BIC激光中的本征自旋轨道锁定
光的自旋角动量和轨道角动量是描述光场特性的两个重要指标，其通常与圆偏振（σ±）和涡旋相位波前的绕转数（l）相关。在拓扑光子学的研究中，自旋和轨道角动量之间被发现存在紧密关联，自旋-轨道相互作用已经在光子学中引发了诸多新奇现象。在基于外场入射的共振光学体系，研究团队在之前的研究已经揭示了BIC的拓扑偏振构型所带来新型光学自旋霍尔效应【Physical Review Letters129(23), 236101 (2022)】。然而，作为BIC在主动发射体系中的重要应用，BIC激光中的自旋-轨道相关现象尚未得到深入探索。

图1展示了BIC激光中内禀自旋轨道锁定的原理以及示意图。通过Poincaré球表示，研究团队揭示了BIC的拓扑荷与自旋-轨道锁定之间的内在联系。研究团队通过设计具有C₄ᵥ和C₆ᵥ对称性的光子晶体平板来分别实现不同拓扑荷（+1和-2）的BIC激光。具有+1拓扑荷的BIC激光其模式偏振构型表现为涡旋偏振结构，自旋-轨道锁定关系为|σ±, ∓1⟩；具有-2拓扑荷的BIC激光其模式偏振构型表现为反涡旋偏振结构，自旋-轨道锁定关系为|σ±, ±2⟩。

BIC激光器-High-purity linearly polarized micro-BIC laser 需要读-也许可以用狄拉克涡旋腔做到高纯度的激光器。基于那篇23年Light

连续态束缚态（BICs）赋予光子晶体（PhC）激光器超高品质因数，从而实现低阈值工作。然而，BIC模式具有动量空间矢量极化涡旋特性，这成为实现高纯度偏振发射的主要障碍。传统上，可通过多种对称性扰动实现光子晶体激光器的偏振控制。但受限于实际激光系统固有的有限尺寸效应，该方法难以获得高偏振纯度，实现光子晶体激光器的高纯度偏振发射始终是亟待解决的难题。本文提出一种复合偏振-色散工程策略，实现光子晶体激光器发光的整体偏振调控。作为概念验证，我们成功演示了超紧凑q-BIC激光器产生线性偏振发光，其偏振消光比高达~300:1，同时保持单模工作特性与高光束质量。本研究为芯片激光器的有效偏振调控开辟了新路径。所得器件可提供微型化偏振光源，广泛应用于相干光通信、先进显示技术及各类精密测量领域。

26年Light 合并BIC实现鲁棒单模激光

https://mp.weixin.qq.com/s/lkJbFTJBpMhdAkRzXrotlQ
鲁棒单模工作特性是紧凑型半导体激光器最重要的性能之一，尤其适用于对光谱纯度、能量效率和高功率稳定性有更高要求的集成光子学。然而，由于腔体尺寸、品质因子（Q）和模式选择性之间存在固有权衡，如何在小尺寸器件中实现优异的单模性能，仍是该领域面临的重要难题。在众多候选方案中，光子晶体面发射激光器具有诸多优势，包括高功率输出、接近衍射极限的低光束质量因子（M²）输出、小发散角、较低的光谱温度依赖性、紧凑的器件结构，以及支持超快光束偏转的能力。然而，光子晶体激光器中的模式竞争会导致器件在高功率工作下出现多模发射。因此，如何在微型化光子晶体激光器中实现低阈值、并在宽泵浦范围内稳定工作的鲁棒单模输出，一直是微纳激光器领域面临的关键挑战。

近日，伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的包玮教授团队与北卡罗来纳州立大学（North Carolina State University）的顾青教授团队合作，提出并实验验证了一种基于“合并型连续域束缚态”（merging BIC）的光子晶体激光器设计。该工作通过调控动量空间中的BIC分布，在光子晶体平台上实现了两项关键进展：一是在有限尺寸器件中实现了高达80倍阈值泵浦下的鲁棒单模激光输出；二是通过BIC与边缘工程结合实现了仅5×5周期的超紧凑BIC激光器。这项工作为发展高性能、超紧凑的片上单模激光器提供了新的设计路径。相关成果以“Robust single-mode laser via merging bound state in the continuum”为题发表于 《Light: Science & Applications》。包玮教授和顾青教授为论文通讯作者，博士后彭凯（现已入职中国科学院半导体研究所）与Jiyoung Moon博士为论文共同第一作者。

25年eLight 董建文_克服本征色散锁定，实现错位双层超格栅的时空光谱选择性。周期性结构的连续带色散在光子模式的波矢和波长之间建立了内在的锁定，但这种锁定可以被破坏。这可以用于激光器！ 需要读-用于vcsel光子晶体激光器

https://mp.weixin.qq.com/s/nfh93T9EDXeIIR6yOwv_Sw
空间-光谱选择性，即选择具有特定波矢（角度）和波长单一模式的能力，对于光发射和成像至关重要。然而，传统周期性结构的连续带色散在光子模式的波矢和波长之间建立了内在的锁定，使得仅选择单一模式变得困难。在此，我们展示了可以利用光子模式的辐射不对称性来调整光子结构的传输/反射特性，基于模式与背景之间的法诺干涉。特别是，我们发现支持带色散且具有特定角度依赖辐射方向性的光子系统可以在单一频率和单一入射角下表现出法诺式完美反射，从而克服色散锁定并实现所需的空间-光谱选择性。我们提出了一种相位图来指导设计角度控制的辐射方向性，并实验性地展示了双窄法诺式反射（角度带宽 ±5°）和波长（14 nm）带宽，以及高对比度的空间-光谱选择性成像，使用具有数十纳米级薄间隔的错位双层超材料。我们的方案为定向热发射、非局部光束整形、增强现实、精密双层纳米制造和生物光谱学等应用提供了新的机会。

关键词：空间-光谱选择性，超材料，法诺共振，模式耦合，双层纳米制造，增强现实/虚拟现实

BIC激光器阵列之间的相互耦合：动态可调长距离耦合，由连续体中的束缚状态实现

https://www.nature.com/articles/s41377-025-01975-y
腔体之间强耦合的形成和动态控制对于实现先进的功能光子和量子电路至关重要。特别是对于远距离或任意位置的腔体。传统方法存在耦合距离短、可控性差、位置固定、波长均匀性低等问题，严重限制了光子和量子网络的可扩展性。在这里，我们利用了连续体中光束缚态（BIC）的内在优势，并展示了一种用于长程耦合腔的一体化解决方案。BIC 超表面可以在任意位置支持一系列有限尺寸的准 BIC 微激光器。准 BICs 微激光器具有相同的波长，并且本质上通过 BIC 超表面连接。因此，实验中的耦合距离从亚波长显着增加到数十微米。BIC 超表面中的这种远程相互作用能够扩展到二维架构和对内部激光作用的超快速控制，例如非厄米特零模激光。这项研究将促进可扩展和可重构光子网络的发展。

我可以研究FM涡旋腔阵列中,边缘态之间的相互耦合，以及体态的耦合

工艺看上去比较复杂，但其实我们组是可以做的

https://mp.weixin.qq.com/s/9uRcCGvMpgCywlwhsr9mRg

Light | 基于三晶格结构的低阈值光子晶体面发射激光器【韩老师提到这篇文章，说系统非对称性越大，辐射耦合系数越大，所以noda组也喜欢做三角形孔、还有这篇论文，以及韩老师说，实际上最好的是double lattice的结果,发了nature】

https://www.nature.com/articles/s41377-024-01387-4#Sec10
https://mp.weixin.qq.com/s/HwR_CpswPWcKiDN82e7e3A
光子晶体面发射激光器(PCSEL)指的是以二维光子晶体作为谐振腔，并依靠带边模式的衍射作用实现面发射激光输出。由于这些模式通常具有较大的模场面积，因此PCSEL相较于目前通信领域常用的半导体激光器，如垂直腔面发射激光器(VCSEL)和分布反馈激光器(DFB)而言，具有更小的远场发散角。此外，由于PCSEL是通过二维光子晶体的横向反馈作用来形成谐振腔，因此无需像VCSEL那样外延数十对的分布式布拉格反射镜(DBR)来实现垂直方向上的光反馈。这些优势都为PCSEL的应用提供了足够的竞争力。
然而，PCSEL还有一些待解决的问题限制其进一步发展，其中就包括大的器件尺寸和高的阈值电流。大的阈值电流将加大器件的能耗，同时也不利于器件高速调制速率的提升。这一限制是源自于二维光子晶体腔的分布反馈机制，要求它有大的晶格周期数来提供足够强的光反馈。这就给缩小腔尺寸、降低器件阈值带来了挑战。
为了解决这一问题，来自长春光机所的研究者提出了一种三晶格光子晶体结构来增强面内光反馈(图1)。如果我们将每晶胞内仅具有一个孔的光子晶体称为单晶格光子晶体，那么，这种三晶格光子晶体腔可视为三个单晶格光子晶体在结构上的嵌套叠加。通过调整嵌套晶格之间的相互间距，可以实现单晶格光子晶体难以实现的效果。比如，研究者在这篇文中将晶格间距设置为波长的0.5倍，使得嵌套晶格的反馈光往返为波长的整数倍，从而实现相长干涉的效果。或者，从耦合波理论的角度来分析，光子晶体腔的光反馈强度主要受限于180°反向传输波间的耦合作用，其大小受影响于折射率分布的二阶傅里叶系数。研究者根据这一思想，研究了其与晶格间距间的函数关系。可以看出，相较于单晶格光子晶体，它最大可以实现180°光学反馈的三倍叠加，从而抑制了水平方向上的能量泄露，为缩小腔尺寸、降低阈值提供了有效手段
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23年noda nature就是基于double lattice做的高亮度激光器。系统非对称性越大，辐射耦合系数越大

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06059-8?fromPaywallRec=false
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30910-7?fromPaywallRec=false

光子石墨烯的平带调控——可以直接用于激光器制作 25年！ 紧束缚模型。简单。 是局域，类似缺陷态，估计有高Q、类似BIC和角态激光器来研究

https://mp.weixin.qq.com/s/5zILlIXsql38-E7J3xRkmw

23年谐振微环中合成维度的非厄密拓扑激光器

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.023202
体边对应关系，量子化体拓扑导致受保护边态，是物质拓扑态的标志，已在电子、原子、光子和许多其他系统中通过实验观察到。虽然体边对应关系已在厄米特系统中得到广泛研究，但由于非厄米特性和拓扑之间的相互作用，非厄米特体可能会极大地改变厄米特拓扑带理论，并且其对体边对应的影响仍然是一个持续的追求。重要的是，包括非密封性可以显着扩展物质拓扑状态的视野，并导致大量独特的特性和设备应用，其中一个例子是拓扑激光器。然而，在现有的拓扑边缘模式激光器中，体拓扑以及由此产生的体-边缘对应关系尚未明确定义。在这里，我们提出并实验探测了耦合环谐振器的一维（1D）阵列中具有明确定义的非厄米特体拓扑的拓扑边缘模态激光。通过对哈密顿量进行额外的自由度（称为合成维度）建模，我们的一维结构相当于具有精确映射的二维非厄米特陈绝缘体。我们的信函可能会为探测非厄米拓扑效应和探索非厄米拓扑器件应用开辟一条新途径。

26年SA全息激光器 任意波前激光器

基于介电超表面的全息激光发射纳米光子学中，发展兼具光产生与空间波前调控功能的超紧凑激光源仍具挑战，并对增强现实、光场显示、衍射神经网络和医学诊疗具有重要意义。超表面可调控波前，结合增益材料后可发光并整形光场，但自发辐射相干性有限，难以形成复杂干涉图案。相比之下，激光工作模式可建立良好相位关系，实现高精度全息波前调控。现有激光超表面多只能产生简单定向光束；外腔或VCSEL集成方案又存在体积大、对准复杂、外置整形受限等问题。将超表面嵌入激光腔内虽可调控阈值、波长和偏振，但单一超表面内同时实现激光产生与任意全息整形仍少有探索。近期q-BIC超表面激光虽实现全息图案，但角度范围小、依赖偏振且对加工精度敏感。

近日，耶拿大学Ayesheh Bashiri团队提出了一种具有全息激光输出的发光超表面系统，该系统由二元结构超表面与增益介质集成而成，能够在单个器件中同时实现相干光的产生以及对输出激光发射的精确光束整形。通过这种设计方法，即使为了实现全息编码而在结构中引入一定无序，器件仍能保持稳定而可靠的激光性能。凭借紧凑的超薄结构、较低的激光阈值和宽视场特性，该系统为产生按设计需求定制的结构化激光发射提供了一个优异平台，并在微型化光学系统中展现出重要应用潜力。相关工作发表在《Science Advances》上。文章链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aea7345

https://mp.weixin.qq.com/s/_gjKg3nOM7u1sPwvAqhZKQ 25年的Nature 任意波前超表面激光器

posted @ 2024-07-19 11:24  初心如磐使命在肩！  阅读(9)  评论(0)    收藏  举报