該激光器工作於(yu) 太赫茲(zi) 頻段（30μm至3mm），覆蓋6G通信頻率，有望推動未來高速無線通信技術的發展。相關(guan) 研究成果發表在《自然·光子學》（Nature Photonics）上。

來自新加坡南洋理工大學物理與(yu) 數學科學學院的Wang Qijie教授（左）和新加坡南洋理工大學電氣與(yu) 電子工程學院的Cui Jieyuan博士。

激光器的光損耗問題

超緊湊激光器在小型設備、光計算、數據中心、高速通信、醫學成像及先進傳(chuan) 感器等領域具有廣泛應用前景。然而，光損耗問題嚴(yan) 重限製了微型激光器的性能，主要表現為(wei) ：

激光腔側(ce) 向泄漏：激光腔用於(yu) 約束和放大光束，但部分光會(hui) 從(cong) 側(ce) 麵逃逸。

輻射損耗：光子晶體(ti) 結構中的光輻射導致能量損失。

散射損耗：光子晶體(ti) 的製造缺陷導致光散射，降低效率。

在超緊湊激光器中，這些損耗效應尤為(wei) 顯著，甚至可能導致激光器無法輸出足夠強度的光以供實際應用。

三維抑製光泄漏的創新方案

為(wei) 解決(jue) 這一難題，南大團隊結合平帶（flat bands）和多束縛態連續區（multi-BIC）兩(liang) 大物理機製：

平帶結構：光子晶體(ti) 中特定能帶的光波群速度趨近於(yu) 零，使光能量無法逃逸激光腔。

多BIC機製：通過光波幹涉抵消逃逸分量（類似降噪耳機原理），實現三維空間的光束縛。

研究人員設計了一種新型激光腔結構，在兩(liang) 層金膜夾持的半導體(ti) 光子晶體(ti) 中，構建雛菊形微孔周期性陣列（見圖1）。該設計可同步抑製泄漏、散射和輻射損耗，團隊稱其為(wei) “三維光泄漏抑製的終極解決(jue) 方案”。

左圖：激光腔芯片；中圖：雛菊形氣孔陣列有效降低光損耗；右圖：微孔結構顯微圖

技術優(you) 勢與(yu) 應用前景

該激光器還具有光束發散角極小的特點，適用於(yu) 精密光學領域。通過調整氣孔尺寸和光子晶體(ti) 晶格常數，該設計還可拓展至近紅外及可見光波段。

Wang Qijie教授（南洋理工大學電機與(yu) 電子工程學院/數理學院，研究負責人）表示：“基於(yu) 團隊在光子能帶工程領域15年的積累，我們(men) 意識到平帶與(yu) BIC的結合能高效捕獲光子。這項突破克服了現有微型激光器的缺陷，為(wei) 可穿戴設備、光計算等應用開辟了新道路。”

Cui Jieyuan博士（論文第一作者，南洋理工大學電機與(yu) 電子工程學院）指出：“我們(men) 的激光器解決(jue) 了微型激光器的關(guan) 鍵瓶頸，未來可廣泛應用於(yu) 下一代通信和計算技術。”

美國賓夕法尼亞(ya) 大學光子學專(zhuan) 家Bo Zhen副教授（未參與(yu) 研究）評價(jia) ：“這項創新是拓撲光子學領域的重大突破，為(wei) 集成光子係統提供了緊湊、穩定且可擴展的新型光源。”

目前，研究團隊正致力於(yu) 提升激光功率並推進光電器件集成，同時已提交技術專(zhuan) 利，並尋求產(chan) 業(ye) 合作以推動商業(ye) 化進程。

相關(guan) 鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41566-025-01665-6