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南开团队实现基于连续体束缚态的空间信息激光
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2024-05-02 15:02

  南开新闻网讯(通讯员 程丹)近日,南开大学陈树琪教授和田建国教授团队在BICs微纳激光领域取得重要进展,利用微结构介电常数复傅里叶分量调控微纳结构的各阶Bragg散射,实现了全k空间BICs,并基于全k准BICs实现了微纳激光的腔内任意空间信息调制。相关成果以“全动量空间连续体束缚态实现的空间信息激光(Spatial Information Lasing Enabled by Full-k-Space Bound States in the Continuum)”为题,发表在国际顶级期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

  从光纤通信、光互联到智能传感、自动驾驶,从全息显示、激光打印到人脸识别,激光技术已经成为现代社会的基石。激光的特点是具有高度的时空相干性,可以聚积大量的相干光子并加载时空信息。近年来其技术发展方向之一是微型化和集成化,由于其超小模式体积和较低功耗,在光子芯片、航空航天、生物探测等领域有着巨大的应用前景。目前主流的微纳激光器包括微腔激光器、光子带隙激光器、以及新兴的拓扑激光器等。这些微纳光腔虽然有各种选模机制,但如果没有额外的信息加载元件(如调制器或全息干板),难以传输丰富的空间信息,这限制了其在光互连和有源光子集成方面的应用。连续体束缚态(Bound states in the continuum, BICs)由于具有超高辐射品质因数(Q值)受到广泛关注,BICs利用非厄米系统的辐射调控,通过模式强耦合引入的相干相消,在微结构能带的光锥线上方辐射区实现完美的光束缚。但是,BICs一直以来被认为是动量空间(k空间)的零维偏振奇点,动量空间中的高维BICs还有待探索。

基于全k空间BICs的空间信息激光

  陈树琪教授、田建国教授团队提出了基于全k空间BICs空间信息激光的新概念。通过近场光学参数的调制,改变模式耦合进而调控腔内激光信息熵,并同时保持高Q和模式增益。激光信息熵可以通过全光方式或介电常数复傅立叶分量来连续调谐。这种空间信息腔内加载的方式利用了非局域的Bloch模式和模式间可控的Bragg耦合;而传统的微纳激光腔利用的是局域模式,难以实现类似的结果。此外,还利用非对称的Bragg散射过程与入射种子光,实现了空间信息激光的单模输出。基于全k空间BICs的空间信息激光拓展了集成光信息生成与放大的新研究前沿,将会进一步促进非线性物理、光子集成链路以及片上量子计算等领域发展。

  南开大学博士研究生柴若衡为第一作者,陈树琪教授、程化教授和刘文玮副教授为共同通讯作者,南开大学物理科学学院和材料科学与工程学院为论文完成单位。该工作得到了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委优秀青年科学基金、国家自然科学基金重大项目等资助。

  论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.183801

编辑:丛敏

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