欧洲杯-米乐M6官方网站Light 拓扑体态BIC赋能太赫兹量子级联激光

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　　实现紧凑型激光器根本在于减小光学腔内光学模式的体积模量的同时保持该光学模式的品质因子。平板光子晶体缺陷态形成于光子晶体带隙中，具备极小的体积模量，被广泛应用于低阈值半导体激光器。然而，光子晶体缺陷态容易受结构偏差影响，且输出功率普遍较低。具有连续谱中的束缚态（极高品质因子的光子晶体带边模式）的平板光子晶体能够有效提升激光器的输出功率，并具备一定的鲁棒性，然而其器件尺寸通常需要几十上百个周期，以增强光学模式的面内局域性。

　　如图1a所示，拓扑体态BIC量子级联激光器由拓扑非平庸光子晶体结构作为光学谐振腔，外围包覆拓扑平庸光子晶体结构。由于不同的拓扑相，非平庸光子晶体结构中的光学模式不能跨越拓扑界面，形成光子晶体板面内模场局域。该光子晶体激光器单元结构在正六边形晶格的中心和六个顶角刻蚀圆柱空气孔洞。由于级联量子阱上下覆盖金属，该拓扑光子晶体激发TM极化（面外电场）的能带。拓扑非平庸光子晶体呈现能带翻转，其正交简并的两个四极子模式出现在低频，如图1d所示。

　　图2为拓扑体态BIC量子级联激光器的实验测量结果。实验加工器件N=7，激光频率在2.93 THz附近，激光器件的泵浦区域的横向尺寸约为3个激光波长，如图2b所示。激光器在全动态范围内保持良好的单模输出：在最大输出条件下，其边模抑制比可达20 dB，如图2b、2c所示。实验测得的远场光斑具备矢量特性，即光场中心能量最弱，且在激光器和探测器中间插入线偏振片，光斑呈现稳定的随偏振角变化的瓣状分布，如图2d所示。

　　该研究有效地结合能带翻转的BIC和平庸-非平庸拓扑相同时实现垂直和水平方向维度的光场局域，从而获得紧凑型的电泵浦太赫兹量子级联激光器。由于能带翻转的体态BIC模式的品质因子最大且远场具备极化拓扑特性，该激光器呈现全动态范围内的单模激光和矢量光场输出。此外，文章还探讨了拓扑体态BIC在大尺度条件下的模场均一性、高功率单模输出、以及高纯度柱状矢量光场辐射等特性。该成果有望成为6G无线通信中的核心有源器件，并在太赫兹超分辨成像、太赫兹激光雷达欧洲杯-米乐M6官方网站、和太赫兹生物化学传感等相关领域有着重要的作用。