前言近日Light: Science Applications期刊在线发表了由武汉大学电子信息学院团队牵头完成的研究成果(https://doi.org/10.1038/s41377-026-02322-5)。该研究针对光子晶体PhC激光器中连续域束缚态BIC固有的偏振涡旋问题提出了一种色散辅助偏振调控策略成功在紧凑型准BIC激光器中实现了偏振消光比PER高达300:1的线偏振发射同时保持了单模运转和良好的光束质量。这一突破为片上集成偏振光源的设计提供了全新思路有望推动相干光通信、先进显示技术和精密测量等领域的发展。核心内容研究背景与挑战BIC因其理论上无限大的品质因子Q值被认为是实现低阈值、单模面发射激光器的理想平台。然而BIC在动量空间具有拓扑偏振涡旋特性导致其发射偏振态难以定义。传统上通过引入结构对称性微扰可将BIC转化为准BICq-BIC从而在Γ点获得线偏振发射。但在实际有限尺寸的激光器中有限尺寸效应会引起动量量子化和动量不确定性严重降低偏振纯度——这一问题长期以来被忽视。创新策略色散辅助偏振工程研究团队提出并验证了一种“光束-偏振匹配”范式通过反演对称性破缺与各向异性色散调控的协同作用实现了对BIC激光偏振态的系统性调控反演对称性破缺位移微扰Δ将偏振涡旋转化为线偏振态但PER提升有限且会降低Q值各向异性色散调制不等周期晶格(ax≠ay通过调控能带色散使偏振分布在更大k空间区域均匀化同时保持高Q值但远场呈双瓣分布两者协同在保留单瓣高斯型远场的同时大幅提升偏振均匀性实现PER的飞跃。实验结果研究团队采用InGaAsP多量子阱材料制备了尺寸仅为20×20晶胞约16.4μm×13.4μm的紧凑型qBIC激光器。实验测得阈值泵浦功率约40μW激射波长1590nm单模运转偏振消光比298:1接近理论预期。通过对比不同对称破缺强度和晶格尺寸的器件研究团队系统验证了色散辅助策略对PER的显著增强效果。研究意义科学价值该工作首次系统揭示了有限尺寸BIC激光器中偏振纯度退化的物理根源——动量空间的量子化与不确定性并提出了有效的“色散辅助”解决方案。这一发现不仅深化了对BIC偏振物理的理解也为拓扑光子学与纳米激光器的交叉研究提供了新范式。应用前景高纯度、小尺寸的线偏振激光源在以下领域具有迫切需求相干光通信提高信号保真度与信道容量单光子源提升量子光源的提取效率与相干性生物成像与三维传感增强图像对比度与空间分辨率三维显示与体积全息实现高保真偏振调控。此外该策略具有波长和材料平台普适性可推广至可见光、近红外等波段为未来单片集成偏振光源和片上光互连系统提供关键元器件支撑。图1连续谱束缚态BIC在紧凑结构中的发射演化从偏振涡旋环斑到均匀线偏振单瓣光束图2基于反演对称性微扰的有限尺寸光子BIC晶格偏振工程图3基于各向异性周期性的有限尺寸光子BIC晶格色散工程图4面向有限尺寸光子BIC晶格均匀线偏振发射的色散辅助偏振工程图5采用色散辅助偏振工程的q-BIC激光器发射特性图6有无各向异性色散工程的q-BIC激光器发射偏振特性随反演对称性微扰强度的变化【注】小编水平有限若有误请联系修改若侵权请联系删除