beat365官方网站凝聚态物理與材料物理研究所、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室馬仁敏研究員課題組提出了一種雙輻射通道微腔反饋機制，各輻射通道具有不同的拓撲偏振特性，并基于此機制實現了高量子效率拓撲偏振奇點激光。該研究成果以“具有高輻射效率通道的拓撲偏振奇點激光”（Topological polarization singular lasing with highly efficient radiation channel）為題，于10月30日在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。

在不同維度實現光場極端局域化的高性能激光極大地推動了現代科學和技術的發展，其中在空間維度實現局域化的微型化激光成為了現代信息技術的基石。激光反饋腔的設計是實現高性能微型化激光的核心。

拓撲偏振奇點激光具有成對的輻射通道（圖1）。成對的通道中的一個為奇點通道，攜帶拓撲偏振奇點，不攜帶能量至光學遠場；另一個為輻射通道，其輻射場不攜帶偏振奇點，為線性偏振。奇點通道使得此反饋機制具有相對較高的品質因子，易于實現單模激射；輻射通道使得此反饋機制具有較高的輻射速率，易于實現高激射量子效率。本工作實現的拓撲偏振奇點激光室溫激射阈值僅為1 kW/cm²,線寬為0.14 nm，邊模抑制比超過36 dB，量子效率達24.5%（圖2）。

圖1：拓撲偏振奇點激光示意圖。該激光具有成對的輻射通道，左側的拓撲奇點通道和右側的線偏振輻射通道

圖2：拓撲偏振奇點激光的電子顯微鏡照片和輻射特性;（a）電子顯微鏡照片；（b）動量和波長分辨的自發輻射形成的能帶圖;（c）激射的動量空間照片，其中包含兩個奇點通道和它們對應的輻射通道;（d、e）動量空間拓撲奇點附近的偏振狀态;（f）輸出功率和線寬随輸入功率的變化圖;（g）外量子效率随輸入功率的變化圖

beat365官方网站特聘副研究員桑雲剛、2019級博士研究生盧靜玉、2020級博士研究生歐陽雲浩和栾弘義為論文共同第一作者，論文作者還包括beat3652021屆本科畢業生吳家昊（現為美國哥倫比亞大學博士研究生）和李嘉镛（現為瑞士蘇黎世聯邦理工學院碩士研究生），馬仁敏研究員為論文通訊作者。

這項工作得到了國家重點研發計劃、北京市自然科學基金、國家自然科學基金以及騰訊基金等支持。

論文原文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34307-4