電泵浦THz SMDC TL器件結構

拓撲激光器(TL)是利用拓撲光學原理設計和制造的激光器件，可以得到具有魯棒性的單模激光，是未來新型光電集成芯片的理想光源。電泵浦拓撲激光器因體積小、易于集成等優(yōu)點成為研究熱點，但基于電注入的拓撲激光器仍處于研究起步階段。因此，發(fā)展出提高電泵浦拓撲激光器輸出功率的設計思路和技術方案至關重要。

近期，中科院半導體研究所研究員劉峰奇團隊在高性能電泵浦拓撲激光器研發(fā)方面取得進展。該研究創(chuàng)新性地引入表面金屬狄拉克拓撲腔(SMDC)設計，將拓撲腔制備于表面金屬層，保留有源區(qū)的完整性，為實現高功率輸出提供了足夠增益，從而解決了有源區(qū)刻蝕限制電泵浦拓撲激光器功率提升的問題;利用SMDC與有源區(qū)之間的強耦合作用，在低有效折射率差的情況下，通過優(yōu)化吸收邊和拓撲腔參數設計，實現了魯棒的拓撲帶間模式工作，并在不同結構參數的拓撲激光器的魯棒單模激光光譜和遠場模式中得到了驗證。

由于SMDC設計未破壞有源區(qū)且SMDC結構具有高面輻射效率，該器件實現了150毫瓦的單模面發(fā)射峰值功率。此外，該器件具有渦旋偏振遠場，通過引入相位調制，在保持拓撲激光器渦旋偏振特性的情況下，獲得了對稱性可調節(jié)的遠場。該器件是理想的片上渦旋偏振光源。

該工作為高性能電泵浦拓撲激光器研發(fā)工作提供了新思路，對推動高性能電泵浦拓撲激光器的發(fā)展和應用具有積極意義。5月24日，相關研究成果以High-power electrically pumped terahertz topological laser based on a surface metallic Dirac-vortex cavity為題，發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會等的支持。

審核編輯 黃宇