拓扑体BIC可实现紧凑单模和光束设计的QCL
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电泵浦半导体激光器因其高效率、紧凑性和固态稳定性而成为最重要的光源之一。对于中红外和太赫兹辐射，量子级联激光器(QCL)是在电泵浦下工作的最重要的光源。为了演示单模激光发射，可以在脊形激光器顶部图案化人工设计的分布式反馈(DFB)光栅。这种基于 DFB 的 QCL 可以产生接近瓦特级的输出发射，同时保持单模发射。然而，除了单模操作之外，QCL 的研究仍然需要非平凡的光束工程(例如，圆偏振光束、涡旋光束和其他矢量光束)和单个激光器件的高光发射，这对于先进技术来说是非常需要的。光电应用、
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院王齐杰教授领导的科学家团队及其同事开发了一种电泵浦紧凑型拓扑体激光器在整个动态范围内同时提供单模发射和圆柱形矢量光束。
“电泵浦拓扑绝缘体激光器的发展最近吸引了很多研究兴趣，因为它被认为是一个有前途的方向，在将拓扑光子学的边界推向实际应用方面具有广阔的前景。光子拓扑源于凝聚态物理学。通过适当构建拓扑光子腔并将其与增益材料集成，我们可以使其产生激光。同时，光子带拓扑允许光学模式得到强有力的保护，免受缺陷、紊乱和急剧弯曲的影响。在我们团队的另一项独立工作中，我们证明了拓扑边缘态确实为太赫兹 QCL 提供了前所未有的鲁棒性。现在在新呈现的作品中，我们将注意力集中在反映众所周知的拓扑体带边缘对应的拓扑体带边缘上。我们表明，能带反转拓扑能带边缘支持高质量因子，使得它们与所有其他光子模式相比在增益竞争中具有优势。我们采用常用的 QCL 晶圆，其表面覆有双金属层。具有被平凡域包围的非平凡域的拓扑光子腔是从表面发射面蚀刻出的气缸孔。” 研究人员解释道。具有被平凡域包围的非平凡域的拓扑光子腔是从表面发射面蚀刻出的气缸孔。” 研究人员解释道。具有被平凡域包围的非平凡域的拓扑光子腔是从表面发射面蚀刻出的气缸孔。” 研究人员解释道。
“构造这样的器件有几个优点：首先，由于其不同的拓扑相位，拓扑域中存在的光模无法横向传播到平凡域。这导致拓扑域中所需光学模式的横向限制。其次，由于能带边缘模式对动量空间中的无限 Q 因子和远场偏振奇点具有对称不相容性，因此它们是众所周知的连续体 (BIC) 束缚态，提供垂直限制。这两种机制都非常适合激光器件小型化和单模激光发射。有趣的是，BIC 的远场拓扑结构(即偏振奇异性)会发射矢量光束。” 他们补充说。
“单片太赫兹矢量束激光器的演示将吸引来自不同研究领域的大量兴趣。基本上，我们的激光腔设计仅依赖于介电折射率调制。因此，它可以轻松扩展到其他波长范围，例如中红外、近红外和可见光区域，可以开发出更多潜在的应用。” 科学家预测。
