上海光机所在基于双球微腔耦合的线性偏振单模激射研究中取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所激光与红外材料实验室由研究员张龙、研究员董红星领衔的微结构光物理研究团队与华东师范大学、南京航天航空大学合作，在耦合双球微腔中获得高品质、稳定的线性偏振单模激光。相关研究成果作为当期封面文章发表在[Nanoscale, 12, 5805(2020)]。

微纳结构光学微腔在微型光电子集成器件以及激光显示领域具有重要应用，目前已经在许多方面取得了很大的进展，如超灵敏传感器、分束器、低阈值微腔激光器以及模式数可调控微腔激光器。作为评价微腔激光光束质量的其中一个重要指标，激射的偏振特性却并没有获得足够的重视和研究。微纳结构微腔激光与传统的可添加偏振片或引入偏振种子光束的传统激光器不同，微腔中的激射是以不具有偏振特性的自发辐射作为“种子光”，这使得激射的偏振度普遍较低。基于游标效应既能减少激射的模式数又能对偏振方向进行一定的筛选，是提高激射偏振度的有效办法。

研究团队利用钙钛矿双球微腔进行耦合，通过游标效应成功将耦激射的偏振度从～0.2提升至0.78。当双球微腔间距为～30 nm时，产生光场相互作用获得了低阈值（4.09μJ/cm2），高偏振度（0.78）的单模激射，并且该激射可以在1.4倍阈值功率泵浦下以相对强度1维持55分钟（～7.2×104泵浦激励循环）。此外，还分析了单个和耦合微球的模态分布，解析了耦合前后谐振的物理图像。在游标效应作用下，由于简并模式的减少和TE与TM模式耦合效率的差异，激射的偏振度得到大幅度提高。相关成果对于促进微纳结构光学微腔激光的基础及应用研究具有的重要的意义。

该项工作得到国家自然科学基金和上海市青年拔尖人才项目的支持。

图1 该工作被入选Nanoscale封面文章

图2 双球微腔耦合前后激射的偏振特性