拓撲激光器（TL）是利用拓撲光學(xué)原理設(shè)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(shè)計思路和技術(shù)方案至關(guān)重要。

近期，中國科學(xué)院半導(dǎo)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(shè)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(xiàn)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(shù)設(shè)計，實現(xiàn)了魯棒的拓撲帶間模式工作，并在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)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(shè)計未破壞有源區(qū)且SMDC結(jié)構(gòu)具有高面輻射效率，該器件實現(xiàn)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(diào)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(diào)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(yīng)用具有積極意義。5月24日，相關(guān)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(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃以及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會等的支持。

電泵浦THz?SMDC?TL器件結(jié)構(gòu)