具有高效辐射通道的拓扑偏振奇点激光

       自Haldane和Raghu将能带拓扑理论引入到光子学领域起，具有量子霍尔效应和量子自旋霍尔效应等不同拓扑相的各种光学系统已被深入研究。对光学来说，拓扑提供了强大的场调控能力并且具有鲁棒性的优点。并且光学系统中还可以引入非厄米相，产生更加独特的拓扑特性。此外，在自由空间中传播的结构光可以具有拓扑特征，例如相位奇点和偏振奇点。最近，连续域束缚态(BICs)和拓扑极化奇点联系在一起，这种泄漏的Bloch模式在其辐射场携带拓扑极化奇点时可以成为束缚态。作为一种实现鲁棒、高维、低阈值激光的新工具，BIC已被广泛应用于激光物理和器件设计领域。在光子晶体中，BIC可以以极高的面外品质因子来束缚光场，这种更高的品质因子可以用来制作单BIC模式激光。然而，由于材料的吸收和模式的泄露等的损耗导致已被报告的BIC激光器外部量子效率的低下。为了实现具有较高的外部量子效率的单模激光，这就需要一种能够精细调节辐射场的谐振控制机制。

       近日，来自北京大学的马仁敏课题组提出了一种双辐射通道微腔调控机制，各辐射通道具有不同的拓扑偏振特性，并基于此机制实现了高外部量子效率的拓扑偏振奇点激光。拓扑偏振奇点激光的奇点通道，携带拓扑偏振奇点，不携带能量至光学远场；另一个为辐射通道，其辐射场不携带偏振奇点，为线性偏振。奇异通道的存在使得单模激光模式具有比其他模式更高的品质因子。同时，辐射通道的存在保证了具有高辐射效率的激光模式。拓扑偏振奇点在动量空间中的鲁棒性和可动性为精细调整质量因子提供了一种可控的方法，为实现各种规模的高性能激光器件提供了新的契机。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（张晓萌）

      文章链接：Yun-Gang Sang et al. Topological polarization singular lasing with highly efficient radiation channel. Nature Communications (2022) 13:6485 https://doi.org/10.1038/s41467-022-34307-4