博覽: 2021 Nature Photonics 基于連續(xù)域內(nèi)束縛態(tài)的超相干Fano激光器

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博覽: 2021 Nature Photonics 基于連續(xù)域內(nèi)束縛態(tài)的超相干Fano激光器

摘要：

降低激光器的功耗和尺寸是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)，但是在低功率水平下遂赠，量子噪聲對相干輻射的掩蓋久妆，阻礙了激光器的發(fā)展。因此跷睦，盡管在微米級和納米級激光器（例如光子晶體激光器筷弦、金屬激光器和等離子體激光器）方面取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，但其相干長度仍然非常有限抑诸。作者在本文中表明烂琴，基于 Fano 干涉的連續(xù)域內(nèi)的束縛態(tài)(bound states in the continuum，BIC)可以有效地抑制量子漲落蜕乡。盡管其本質(zhì)上很脆弱奸绷，但這種不尋常的狀態(tài)會重新分配光子，從而抑制自發(fā)輻射的影響异希〗『校基于這個(gè)概念，作者通過實(shí)驗(yàn)證明了一種線寬比現(xiàn)有微型激光器小 20 多倍的微型激光器称簿，并證明進(jìn)一步減少幾個(gè)數(shù)量級是可行的扣癣。這些發(fā)現(xiàn)為微觀激光器的眾多應(yīng)用鋪平了道路，并指出了光子學(xué)以外的新機(jī)遇憨降。 

潛在用途：

（1）實(shí)驗(yàn)證明了激光器線寬可達(dá)5.8MHz父虑，符合40Gbits相干通訊需求。

（2）可用于實(shí)現(xiàn)集成傳感器授药，其線寬可識別濃度為attomolar的蛋白質(zhì)/DNA士嚎，這是使用其它納米傳感器難以實(shí)現(xiàn)的。

示意圖：

a悔叽，傳統(tǒng)Fabry-Pérot激光器中的普通束縛態(tài)莱衩。光子產(chǎn)生并限制在有源區(qū)。b娇澎，在 Fano 激光器中形成的光學(xué) BIC笨蚁。光子在有源區(qū)產(chǎn)生，該區(qū)具有連續(xù)模式，但主要存儲在低損耗無源區(qū)括细。c伪很，F(xiàn)ano BIC 激光器（紅實(shí)線）和傳統(tǒng)Fabry-Pérot激光器（黑實(shí)線）的 Q 因子與腔長 L 的計(jì)算變化(calculated variation)示例。Fano BIC 激光器的離散模式具有 5.0 × 105 的固有 Q 因子Qv 和 3.0 × 103 的耦合 Q 因子 Qc奋单，而 Fabry-Pérot 激光器由于鏡面損耗為 5.0 × 105锉试，因此具有固有 Q 因子 Qm 。兩種激光器的腔長L均為5 μm览濒，活性材料損耗率 γi為3.8 × 1010 s-1呆盖，腔往返時(shí)間1/γin為0.54 ps。藍(lán)色虛線描繪了 Fano BIC 激光頻率 ωs 與納米腔共振 ω0的失諧 δ0 = ω0 ? ωs 的計(jì)算變化匾七。d絮短，基于 InP 光子晶體 (PhC) 膜結(jié)構(gòu)制造的 Fano BIC 激光器的掃描電子顯微鏡 (SEM) 圖像，具有埋入的異質(zhì)結(jié)構(gòu)（BH昨忆，紅色矩形）增益區(qū)和光柵耦合器（GC）在末端工作組。比例尺杉允，2 μm邑贴。e，光學(xué) Fano BIC 的示意圖叔磷。f拢驾，制造的 Fano BIC 激光器橫截面的 SEM 圖像，顯示了包含 BH 的有源 WG 和無源納米腔改基。BH 在器件切割后被蝕刻掉繁疤。比例尺，200 nm秕狰。

參考文獻(xiàn)：Yu, Y., Sakanas, A., Zali, A.R. et al. Ultra-coherent Fano laser based on a bound state in the continuum. Nat. Photon. (2021).

DOI：https://doi.org/10.1038/s41566-021-00860-5

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