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
|
