拓撲激光器可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。近期，北京量子信息科學研究院（以下簡稱量子院）和共建單位中國科學院半導體(ti) 研究所合作，在高性能電泵浦拓撲激光器研發方麵創新性地引入了表麵金屬拓撲腔設計，並優(you) 化了吸收設計和拓撲腔的參數設計，解決(jue) 了太赫茲(zi) 電泵浦拓撲激光器功率增加的瓶頸問題。2024年5月24日，該成果以“High-power electrically pumped terahertz topological laser based on a surface metallic Dirac-vortex cavity”為(wei) 題發表在Nature Communications上。

拓撲激光器（TL）因其激光模式受到保護，不受擾動或缺陷的影響，由於(yu) 拓撲光學模式具有拓撲保護，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。過去的幾年裏，實現拓撲激光器大多采用的是光泵浦的方法，光泵浦不方便人為(wei) 控製，這限製了拓撲激光器的發展，而電泵浦TL以其緊湊的尺寸和易於(yu) 集成的優(you) 點獲得了廣泛的研究興(xing) 趣。然而，基於(yu) 電注入的TL器件目前仍處於(yu) 起步階段，輸出功率相當低，在實際應用中存在很大差距。因此，開發一種提高電泵浦TL輸出功率的設計機製至關(guan) 重要，也是未來研究拓撲激光器的重要趨勢之一。

研究團隊在高性能電泵浦TL研發中創新性地引入了表麵金屬狄拉克拓撲腔（SMDC）設計。由於(yu) SMDC與(yu) 有源區之間的強耦合，在非刻蝕有源區的弱折射率差情況下實現了魯棒的拓撲帶間模式（Jackiw-Rossi零能模）工作，這從(cong) 具有不同腔參數的TL器件的魯棒單模激光光譜和遠場模式中得到了例證。同時，SMDC的設計未破壞有源區，提供了足夠的增益，並且SMDC具有非常高的麵輻射效率，最終實現了單模麵發射150mW的峰值功率。

團隊研發的高性能電泵浦TL與(yu) 目前國際上報道的電泵浦太赫茲(zi) TL相比功率實現了一個(ge) 數量級的提升並且與(yu) 同波段其他的麵發射激光器的最佳功率結果相當。此外，器件具有渦旋偏振的遠場，是理想的片上渦旋偏振光源。並且通過引入相位調製，在保持渦旋偏振特性的情況下，獲得了對稱性可調節的遠場。該工作為(wei) 高性能電泵浦TL提供了一個(ge) 新的研究思路與(yu) 方法，推動了高性能電泵浦TL的發展。

該論文的共同第一作者為(wei) 半導體(ti) 所博士生劉俊鴻和許雲(yun) 飛，半導體(ti) 研究所劉峰奇、張錦川、翟慎強研究員和北京量子信息科學研究院陸全勇研究員為(wei) 該論文的共同通訊作者。該項工作得到了國家自然科學基金、北京市科委等項目的支持。