北大科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)高量子效率拓?fù)淦衿纥c(diǎn)激光
北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、納光電子前沿科學(xué)中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)制，各輻射通道具有不同的拓?fù)淦裉匦�，并基于此機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高量子效率拓?fù)淦衿纥c(diǎn)激光。該研究成果以《具有高輻射效率通道的拓?fù)淦衿纥c(diǎn)激光》（Topological polarization singular lasing with highly efficient radiation channel）為題，于10月30日在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。 0VIZ=-e
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在不同維度實(shí)現(xiàn)光場極端局域化的高性能激光極大地推動了現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，其中在空間維度實(shí)現(xiàn)局域化的微型化激光成為了現(xiàn)代信息技術(shù)的基石。激光反饋腔的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高性能微型化激光的核心。 l^,qO3ES
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拓?fù)淦衿纥c(diǎn)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(diǎn)通道，攜帶拓?fù)淦衿纥c(diǎn)，不攜帶能量至光學(xué)遠(yuǎn)場；另一個為輻射通道，其輻射場不攜帶偏振奇點(diǎn)，為線性偏振。奇點(diǎn)通道使得此反饋機(jī)制具有相對較高的品質(zhì)因子，易于實(shí)現(xiàn)單模激射；輻射通道使得此反饋機(jī)制具有較高的輻射速率，易于實(shí)現(xiàn)高激射量子效率。本工作實(shí)現(xiàn)的拓?fù)淦衿纥c(diǎn)激光室溫激射閾值僅為每平方厘米1kW，線寬為0.14nm，邊模抑制比超過36dB，量子效率達(dá)24.5%（圖2）。 wsfysat$
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圖1.拓?fù)淦衿纥c(diǎn)激光示意圖。該激光具有成對的輻射通道，左側(cè)的拓?fù)淦纥c(diǎn)通道和右側(cè)的線偏振輻射通道 )nnCCR S6
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圖2.拓?fù)淦衿纥c(diǎn)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(fā)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(diǎn)通道和它們對應(yīng)的輻射通道;（d、e）動量空間拓?fù)淦纥c(diǎn)附近的偏振狀態(tài);（f）輸出功率和線寬隨輸入功率的變化圖;（g）外量子效率隨輸入功率的變化圖 M]B3vPA/v
北京大學(xué)物理學(xué)院特聘副研究員桑云剛、2019級博士研究生盧靜玉、2020級博士研究生歐陽云浩和欒弘義為論文共同第一作者，論文作者還包括北京大學(xué)2021屆本科畢業(yè)生吳家昊（現(xiàn)為美國哥倫比亞大學(xué)博士研究生）和李嘉鏞（現(xiàn)為瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院碩士研究生），馬仁敏為論文通訊作者。這項(xiàng)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金以及騰訊基金等支持。 [` 'd#pR
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