Controlling lasing around Exceptional Points in Coupled Nanolasers
本文通过可编程光激发研究显著高于阈值的耦合纳米激光器，绘制奇异点周围的模式演化并观测激射间隙，利用耦合实现阈值与波长控制及频率切换，为可编程片上激光源提供新平台。
2023-06-28 physics.optics
All-dielectric nanolaser
我们从理论上证明了一个亚波长的球形介电纳米粒子与增益壳层包覆形成纳米激光器。这种纳米激光器的激光模式与纳米颗粒的米氏共振相关联。我们建立了一个一般条件的激光阈值，并表明，使用高折射率介电介质允许激光与阈值显着低于将有损等离子体金属纳米激光器。
2015-01-05 cond-mat.mes-hall physics.optics
The threshold of semiconductor nanolasers
针对纳米激光器高β特性，提出考虑光子再循环的阈值定义，能统一标记相干转变起点，解决宏观到纳米尺度激光阈值争议。
2023-08-31 physics.optics
Thresholdless transition to coherent emission at telecom wavelengths from coaxial nanolasers
半导体激光器的不断小型化使得超低阈值器件成为可能，甚至提供了一条接近具有线性输入-输出特性的无阈值激光的途径。这种纳米激光器已经开始讨论所涉及的物理机制的起源及其边界，如所需的光子数，优化光限制在谐振器和模式密度增强的重要性。在这里，我们研究高$β$金属包层同轴纳米激光器，这有利于无阈值激光。我们从实验和理论上研究了传统的激光特性，以及发射光的光子统计。虽然前者缺乏足够的信息来确定相干辐射的阈值，后者揭示了有限的阈值泵浦功率。我们的工作清楚地突出了高$β$激光器的一个重要的和经常被误解的方面，即无阈值激光器确实具有有限的阈值泵浦功率，并且不能与假设的零阈值激光器混淆。
2019-05-23 physics.app-ph physics.optics
Emission dynamics and spectrum of a nanoshell-based plasmonic nanolaser spaser
该研究建立增益—金属耦合含时模型，分析纳米壳 spaser 的阈值、瞬态与稳态动力学及光谱，揭示多频发射、强频移和单侧不对称发射，并证明可通过纵横比在可见光范围调谐。
2025-10-04 physics.optics
Low-threshold nanolasers based on miniaturized bound states in the continuum
追求低阈值的紧凑型激光器对具有最小辐射损失的紧密光限制提出了严格的要求。连续束缚态（BIC）最近被证明是一种沿面外方向捕获光的有效机制，为低阈值激光器铺平了道路。迄今为止，大多数报道的BIC激光器仍然是笨重的，由于缺乏面内光限制。在这项工作中，我们结合BIC和光子带隙，以实现三维（3D）光限制，被称为小型化（迷你）BIC。结合量子点作为光增益材料提供的三维载流子约束，我们实现了高度紧凑的有源BIC谐振腔，其高品质（$Q$）因子高达32500，在已报道的BIC激光器中，其最低阈值为80 W/cm $^{2}$，实现了单模连续波（CW）激光。此外，我们在连续波和脉冲激发下的光子统计测量证实了从自发发射到受激发射的相变的发生，进一步表明传统的输入输出和线宽标准不足以要求纳米激光。我们的工作揭示了一条通向超低功耗紧凑型BIC激光器的通路，并潜在地推动了腔量子电动力学（QED）、非线性光学和集成光子学的应用。
2022-08-17 physics.optics
Demonstration of coherent emission from high-$β$ photonic crystal nanolasers at room temperature
报道了基于InAsP/InP量子点的光子晶体纳米腔在室温和通信波长下的激光发射。这种具有小模态体积和高品质因数的激光腔显示出高的自发发射耦合因数β。通过测量二阶自相关函数证实了激光发射。观察到从混沌到相干辐射的平滑过渡，并且在8倍阈值功率下获得相干辐射。
2010-03-25 physics.optics
Plasmonic lasing of nanocavity embedding in metallic nanoantenna array
等离子体纳米激光器具有双激光阈值，特别是那些所有三个维度都是真正亚波长的设备。由于亚波长纳米腔的局域光场和传播光之间的动量失配，低的光泵浦效率是导致阈值的另一个重要原因，但通常总是被忽略。基于腔嵌入式纳米天线阵列设计，我们展示了一种室温低阈值等离子体纳米激光器，该激光器具有鲁棒性、可重复性和易于使用化学模板光刻法制造。该器件的模体积为~0.22（λ/2n）3（λ为谐振波长，n为折射率），激光阈值为~2.70MW/mm ~ 2。详细研究了纳米天线阵列的激射偏振特性和作用。我们的工作提供了一种新的策略，以实现在生物传感和信息技术的应用感兴趣的室温低阈值等离子体纳米激光器。
2014-12-05 physics.optics
Coherence build up and laser thresholds from nanolasers to macroscopic lasers
本文通过包含相干与非相干变量的纳米激光器模型，揭示了从纳米到宏观激光器阈值处相干建立的统一机制，并验证了模型与实验一阶相干性测量结果的一致性。
2023-02-17 physics.optics quant-ph
Revisiting the Siegert relation for the partially coherent regime of nanolasers
Siegert关系将光的一阶和二阶相干性联系起来。虽然严格有效的，只有在热制度，并在没有相关性，这种关系通常扩展到部分相干制度的高$β$纳米激光器的研究，在那里它有助于识别的激光阈值。我们重新评估在不同的设备制度的广义Siegert关系的使用。一个完整的两个时间量子光学理论推导出作为参考获得一阶和二阶关联函数$g^{(1)}(τ)$和$g^{(2)}(τ)$在稳态。我们发现，即使在部分相干制度的广义Siegert关系是非常适合作为一个近似$g^{(2)}(τ)$，只要发射相关性是可以忽略不计的，但不适用于量子制度的少发射器纳米激光器，或具有子和超辐射发射的设备。
2022-05-20 physics.optics
A fully nanoscopic dielectric laser
在这篇文章中，我们介绍了一个介电纳米激光器的概念，在所有空间维度的纳米尺度。我们的建议是基于高折射率的介电纳米颗粒，例如，硅，用作用有机增益介质的薄膜装饰的（无源）腔（没有本征增益）。它的共振频率可以在整个可见光范围内进行调谐，并且可以解决亮模式和暗模式。可以利用所谓的“磁”模式，这使得该介电纳米激光器成为类似于表面等离子体激元激光器（其利用电模式）的相干近场的互补源。硅中的小本征损耗产生相对高的品质因数和靠近腔的发射器的低非辐射衰减速率，这两者将导致低阈值。正如我们在这项工作中所展示的，介电纳米激光器相对于纳米线激光器和spasers表现出一定的优势，例如降低的激光阈值，短的开关时间，尺寸和设计灵活性。介电纳米激光器与标准光刻制造方法兼容，并且其相对简单的设计可以允许容易地测试和实现该概念。因此，硅纳米激光器可能很快在纳米光学和超材料中找到许多应用。
2014-12-16 physics.optics
Quantum fluctuations and lineshape anomaly in a high-$β$ silver-coated InP-based metallic nanolaser
金属纳米腔激光器为更小的可集成光源提供了重要的技术进步。它们提供了广泛未开发的激光物理学，其中不同操作机制之间的区别，如热或相干光发射，在接近具有近乎完美的自发发射耦合因子$β$的设备时变得越来越具有挑战性。事实上，量子光学研究必须揭示的过渡到相干发射的强度波动行为的纳米激光器时，输入-输出特性出现阈值的$β= 1$纳米激光器。在这里，我们通过表明受激发射可以引起线形异常，表现为发射线宽中从洛伦兹分量到高斯分量的转变，确定了高$β$激光器中激光操作的新指标，该发射线宽在激光阈值以上的光谱中占主导地位。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficient first-principles inverse design of nanolasers
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术中心）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出基于非线性Maxwell-Bloch方程和稳态ab initio激光理论的反向设计方法，用于优化纳米结构激光器，考虑空间孔燃烧修正、阈值效应、出射效率和增益扩散。
2026-03-08 physics.optics
Planar waveguide nanolaser configured by dye-doped hybrid nanofilm on substrate
研究了玻璃基片上掺杂染料的硅酸盐/钛杂化纳米薄膜的非对称波导结构作为激光系统。测定了真波导和空波导激光振荡的空间和光谱特性。确定了它们的激光阈值为泵浦功率的二阶差。100 nm波导的计算截止厚度不超过其实际厚度300 nm。受激发射的总体模式包括两个并发过程：单模波导激射和作为漏模通过波导壁发射的小发散度的侧向光束发射。横向光束的开角和波导激射模式的掠射角的比较提供了对作为泄漏模式发射在Lummer-Gehrcke干涉中转换的效果的洞察。
2018-08-07 physics.optics
Translationally deformed topological charge nanolaser with an ultrasmall mode volume
School of Microelectronics, South China University of Technology（华南理工大学微电子学院）
本研究提出了一种具有超小模式体积的翻译变形拓扑电荷纳腔，实验实现了低阈值激光发射，为拓扑光子集成和结构光-物质相互作用探索提供了新途径。
2026-02-14 physics.optics
Dynamical control of non-hermitian coupling between sub-threshold nanolasers enables Q-switched pulse generation
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics（纳米光子学中心）；Institut de Physique de Nice, CNRS, Université Côte d’Azur（尼斯物理研究所，法国国家科学研究中心，蔚蓝海岸大学）
通过非厄米特耦合控制亚阈值纳米激光器的损耗，实现Q开关脉冲生成，利用载流子动态调控干涉条件，产生短光学脉冲。
2026-04-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Defect-evolved quadrupole higher-order topological nanolasers
本文通过缺陷演化激活光子四极拓扑相，利用两片缺陷演化方向相反的拓扑光子晶体平板构建四极高阶拓扑纳米腔，在室温电信C波段实现稳定单模、低阈值纳米激光发射，为拓扑光局域与调控开辟新途径。
2025-05-11 physics.optics
Higher-order photon correlations in pulsed photonic crystal nanolasers
报道了室温下脉冲激发下高$β$纳米激光的高阶光子关联。利用多路复用四元件超导单光子探测器，我们测量了g $^{(n)}(\vec{0})$，其中$n$ = 2，3，4。所有的相关顺序显示部分混沌统计，即使在四倍的阈值激发功率。我们表明，这种偏离相干性和泊松统计是由于量子涨落与少量的偶极子和光子参与激光过程。
2011-06-07 physics.optics quant-ph
Single-mode emission by phase-delayed coupling between nano-lasers
本文提出利用相位延迟耦合实现纳米激光器稳定单模发射，通过分离模式阈值，适用于阵列，提升亮度与稳定性，助力光子芯片应用。
2024-07-04 physics.optics
Two-photon pumped lead halide perovskite nanowire lasers
溶液法制备的卤化铅钙钛矿在太阳能电池和微激光器中显示出非常光明的前景。最近，钙钛矿的非线性开始引起相当大的研究关注。二次谐波产生和双光子吸收已被成功地证明。然而，基于非线性的钙钛矿结构的微纳激光器等器件还没有出现.在这里，我们展示了来自钙钛矿纳米线的双光子泵浦纳米激光。采用一步溶液自组装法合成了钙钛矿型纳米线CH3NH3PbBr3，并将其分散在玻璃衬底上。在800 nm光激发下，在546 nm附近成功地观察到了具有周期性峰值的双光子泵浦激光效应。获得的双光子泵浦纳米激光器的品质因子约为960，相应的阈值约为674？J= cm 2。Q因子和阈值都与二维多边形微孔板中的传统回音壁模式相当。我们的研究是首次在钙钛矿纳米线中实现双光子泵浦的纳米激光。我们相信这一发现将极大地拓展钙钛矿在光限幅、光开关、生物医学成像等低成本非线性光学器件中的应用。
2015-10-14 physics.optics
Influence of multi-electronic states on few-quantum-dot nanolasers
本文从实验和理论两方面研究了嵌入量子点的光子晶体腔纳米激光器的增益机制。在低激发功率下的时间分辨测量中，我们发现四个激子耦合到腔中。在高激发功率下，我们观察到从自发发射到激光的平滑的低阈值跃迁。然而，在激光发射开始之前，观察到激子饱和，并且激光发射所需的增益来源于多电子跃迁，这产生了宽的发射背景。我们将实验与量子点微腔激光器的模型进行比较，发现向腔体馈电的发射器的数量必须大大超过4个，这证实了增益是由多电子态提供的。我们的结果与理论预测一致。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Langevin approach for superradiant nanolasers
本文提出了一种解析求解量子非线性朗之万方程的新方法，并应用于计算集体效应起重要作用的超辐射激光的光谱。我们计算了任意泵浦速率下的激光光谱，并恢复了众所周知的结果，如阈值区域内激光线宽的泵浦依赖性。我们预测了新的边带峰的超辐射激光器的光谱与大的弛豫振荡，以及新的非线性结构的激光光谱中的弱泵浦率。我们的方法揭示了新的光的重要性，人口波动的激光线宽变窄，在结构的激光光谱，并在过渡到相干操作。
2020-12-04 physics.optics quant-ph
Zero-cell photonic crystal nanocavity laser with quantum dot gain
利用InGaAs量子点增益材料，在5 K的温度下，通过光泵浦，实现了六角晶格光子晶体纳米腔的激光振荡。该腔包括通过在二维光子晶体平板结构中移动几个空气孔而不去除任何空气孔以实现小模式体积和高腔品质因数两者而产生的缺陷。纳米腔的测量腔品质因数和估算模体积分别为~ 33，000和~0.004 μ m^3。比较了零单元和L3型纳米腔激光器的激光阈值，发现零单元纳米激光器的阈值很小，约为L3型纳米激光器的三分之一。这一结果表明，零单元纳米激光器的更高的Purcell因子反映为更小的激光阈值。
2010-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Non-obstructive intracellular nanolasers
纳米光子物体，如等离子体纳米粒子和胶体量子点，可以补充生物医学光学中分子染料的功能。然而，它们的操作通常由自发过程支配，这导致宽光谱特征和有限的信噪比，从而限制了光谱复用和感测的机会。激光提供了最终的光谱清晰度和背景抑制，最近已经证明了它们与细胞的集成。然而，激光器的尺寸和阈值仍然存在问题。在这里，我们报告的设计，高通量制造和细胞内集成的半导体纳米盘激光器。通过利用GaInP/AlGaInP量子阱的大光学增益和高折射率，我们获得了体积比真核细胞核小1000倍的激光器（$V_{laser}$ <0.1 $μ$ m $^3$），激光阈值比双光子显微镜中通常使用的脉冲能量低500倍（$E_{th} \approx $ 0.13 pJ），并且具有优异的光谱稳定性（<50 pm波长偏移）。使用这些激光进行多重标记可以通过微孔跟踪细胞，从而为研究细胞迁移和癌症侵袭提供了强大的工具。
2018-06-08 physics.bio-ph physics.optics
Luminescence on the horseshoe nanolaser
我们考虑了以纳米尺寸马蹄铁形式排列在有源电介质表面的层中的一组有序开口环银谐振器。马蹄形谐振腔的尺寸远小于入射光的波长。等离子体纳米谐振器从活性介质中获取能量，可以作为纳米激光器工作。我们表明，纳米激光泵浦应被视为一个随机的外力，因为在活性介质中的光子吸收的非相干量子力学过程。浸没在活性介质中的等离子体激元纳米谐振器的操作是对随机力作用的响应。找到了发光线，并预测了当活性介质反转增加到阈值时发光线向激光光谱的演化。通过改变马蹄铁的尺寸和形状，可以方便地调节马蹄铁的共振行为。结果与全量子力学模拟进行了比较。
2013-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Half-wave plasmonic nanolasers near the localization limit
Harvard Medical School（哈佛医学院）；Massachusetts General Hospital（麻省总医院）；Rice University（莱斯大学）；Harvard-MIT Health Sciences and Technology（哈佛-麻省理工学院健康科学与技术）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
研究在超光滑金衬底上用高增益磷化铟纳米颗粒实现接近表面等离子体共振的半波模式激光，通过模拟估计最小激光粒子尺寸，观察不同粒子的激光特性，推动激光小型化至等离子体局域极限。
2026-07-07 physics.optics
Comment on "Thermal, Quantum Antibunching and Lasing Thresholds from Single Emitters to Macroscopic Devices"
在最近的一封信[物理。126，063902（2021）]，M. A. Carroll等人导出了一个模型，用于分析确定腔体中发射器的热、集体反聚束和激光发射机制。根据他们的模型，纳米激光器表现出一个明显的阈值，在该阈值处，相干激光场以有限的泵浦速率从分叉出现。该相干场的幅度随着泵浦速率的进一步增加而增加。这种行为与单模高$β$纳米激光器中向激光的转变的通常观点形成对比，根据该通常观点，随着泵浦速率的增加，进入激光模式的强自发发射导致从热态到相干态的平滑转变。在这里，我们证明了作者忽略了他们的模型方程中的重要项，这导致了分叉和理想的单色场以有限的泵浦速率出现。
2021-10-17 physics.optics quant-ph
Room-temperature polariton lasing in quantum heterostructure nanocavities
控制固态系统中的光-物质相互作用激发了大量的研究，以产生被称为激子-极化激元的玻色子准粒子，这需要激子和腔光子之间的强耦合。超低阈值相干光发射器可以通过激子-极化激元凝聚体的激光来实现，但这通常需要复杂的器件结构和低温。室温下工作的极化激元纳米激光器是相关研究的重要方向，不仅可以探索纳米尺度下的极化激元物理，而且在量子信息系统、全光逻辑门和超低阈值激光器等方面具有潜在的应用前景。然而，目前，室温极化激元纳米激光器的进展受到激子的热不稳定性和纳米腔固有的低品质因数的限制。在这里，我们展示了室温极化激元纳米激光器，通过设计宽禁带半导体异质结构纳米腔产生热稳定的激子与纳米腔光子耦合。由此产生的激子极化激元的拉比频率约为370毫电子伏的混合状态，使持久的极化激元激光到室温，有利于实现小型化和集成的极化激元系统。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling Quantum Noise in Nanolasers using Markov Chains
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学纳米光子中心）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；CNRS, Institut de Physique de Nice（法国国家科学研究中心尼斯物理研究所）
本文提出通过简单速率方程和离散光子数假设，建立纳米激光器量子噪声模型，推导其从开放量子系统主方程，并比较不同方法，发现马尔可夫链模型在排除集体发射效应时更准确。
2026-03-16 physics.optics quant-ph
Subwavelength Raman Laser Driven by Quasi Bound State in the Continuum
针对纳米级拉曼激光器研发难题，本研究基于支持quasi-BIC的磷化镓纳米圆柱谐振器，设计出可见光波段全亚波长拉曼激光器，实现低至约21mW的激射阈值，是首个全尺寸小于工作波长的低阈值拉曼纳米激光器原型。
2023-07-20 physics.optics
Enhancement of the optical gain in GaAs nanocylinders for nanophotonic applications
基于微圆盘、光子晶体腔和金属介电纳米腔的半导体纳米激光器在过去十年中已经被研究用于片上光源应用。然而，由于纳米结构的大的表面与体积比，这导致低的光学增益，因此较高的激光阈值，半导体纳米激光器的低阈值，室温操作的实际实现仍然是一个挑战。此外，纳米结构中的增益是设计基于全介电超材料的有源应用的重要参数。在这里，我们调查的影响，p型掺杂，压缩应变，和表面复合上的增益谱和空间分布的载流子在GaAs纳米圆柱。我们的分析表明，通过选择合适的活性III-V材料掺杂浓度并结合压应变，可以降低激光阈值。应变和p型掺杂的这种组合显示出100倍的增益改善和约5倍的调制带宽增加，以实现高速操作。
2020-04-17 physics.app-ph physics.optics
Dynamics at Threshold in Mesoscale Class-B Lasers
随着纳米纤维的不断发展，非常小的激光器（低至纳米级）的阈值特性是一个活跃的研究课题。借助一个简单的速率方程模型，我们分析了B类激光器阈值跨越的内在宏观动力学。我们使用的基本速率方程的确定性方面提取一些基本的时间常数从近似分析的激光动力学的阈值区域。近似的解决方案的人口反转和场强，后者达到宏观水平的点，被发现和讨论。由此产生的时间尺度表征了激光器对扰动（外部调制或激光过渡区中的固有波动）的响应能力。数值验证测试这些解决方案的准确性，并确认其有效性。预测被用来解释实验结果中获得的中尺度激光器和推测其扩展到纳米激光器。
2017-05-16 physics.optics
Dynamics of a micro-VCSEL operated in the threshold region under low-level optical feedback
众所周知，半导体激光器对光反馈敏感，并且它们的动力学和相干性可以通过光再注入而显著地改变。我们专注于一个非常小的（即，微尺度）垂直腔面发射激光器（VCSEL）工作在（部分）相干脉冲发射和低于可接受的宏观激光阈值结束之间的低相干区域，具有以下双重目标：1.研究在非常低的能量消耗的状态下的反馈影响; 2.使用微VCSEL作为纳米激光器的替代物，其中测量只能基于光子统计。实验研究是基于时间轨迹和射频光谱（常见的宏观器件）和关联函数（需要在纳米级）。这些结果的比较证实了关联函数的能力，令人满意地表征反馈对激光动力学的作用。从以前开发的，完全随机建模技术获得的数值预测提供了非常接近的协议与实验观察，从而支持我们的观察到纳米尺度的可能扩展。
2019-06-29 physics.optics
Second-order correlation function supported optical sensing for particle detection
我们提出了一种新的传感方法的基础上的测量的二阶自相关的输出的强度反馈的微和纳米激光器。传感功能是通过反馈引起的阈值漂移来实现的，对于不同的激光器尺寸，其光子统计由反馈水平以特征方式控制。特定的响应提供了可以适应不同类型传感器的性能。我们提出了两种方案的实现，能够提供定量的传感信号，并覆盖广泛的反馈水平：一个是利用g $^{(2)}$（0）的演变，另一个是在g $^{(2)}(τ)$的中心和侧峰之间的比率。由于其潜在的灵敏度，基于激光阈值的传感可以在生物分子诊断和安全监测中获得相关性。
2021-05-28 physics.optics
Tracking exceptional points above laser threshold
最近对具有例外点（EP）的非厄米光学系统的研究揭示了与这些奇点相关的许多独特特性，包括单向不可见性、手征模式切换和激光自终止，仅举几个例子。绝大多数这些作品集中在无源系统或有源结构，其中EP被访问低于激光阈值，即当系统描述是固有的线性。在这项工作中，我们实验证明，EP奇点耦合半导体纳米激光器可以访问和跟踪以上的激光阈值，在那里他们成为一个非线性动力系统的分支点。与普遍认为不可避免的腔失谐将阻碍EP的形成相反，在这里，我们证明了这种相同的失谐对于补偿载波引起的频移是必要的，从而恢复激光制度中的非线性EP。此外，不同于线性非厄米系统，我们发现，光谱位置的EP激光阈值以上的总泵浦功率的函数而变化，因此可以连续跟踪。我们的工作是在更复杂的激光几何结构中实现激光EP的第一步，并通过非厄米对称性与耦合激光阵列中的非线性相互作用相结合来增强光子局域态密度。
2022-12-13 physics.optics
Theory of Topological Corner State Laser in Kagome Waveguide Arrays
与传统激光器相比，拓扑激光器具有更强的鲁棒性，如果激光发生在拓扑保护态，则可以不受无序或缺陷的影响。以往报道的拓扑激光器几乎都是基于一阶光子拓扑绝缘体的。在这里，我们表明，在零维角状态下，可以实现激光的二阶光子拓扑绝缘体，这是基于Kagome波导阵列与菱形配置。如果增益存在于拓扑角态所在的结构的角处，则在存在均匀损耗和双光子吸收的情况下，以最低的可能阈值实现在该状态下的稳定激光。当增益作用在结构的其他角落时，激光可能发生在边缘或体状态，但它需要大得多的阈值和过渡到稳定的激光发生在更大的传播距离，有时是由于不稳定性，这是不存在的角落状态的激光。我们发现，增加双光子吸收对非线性激光态有很强的稳定作用。由噪声输入刺激的稳定激光的过渡示出。我们的工作展示了基于波导阵列实现的高阶拓扑绝缘体的角态激光器的现实设置。
2021-05-13 physics.optics
Electrically-driven Photonic Crystal Lasers with Ultra-low Threshold
为了实现片上通信的光互连，需要具有超低能耗和高性能的光源。光子晶体（PhC）纳米腔激光器是填补这一角色的最有希望的候选者之一。在这项工作中，我们展示了一个电驱动的PhC纳米激光器，具有超低阈值电流为10.2 μA，发射波长为1540 nm，工作在室温下。该激光器是基于InP键合在Si上的，并且包括掩埋异质结构有源区和横向p-i-n结。对激光器的静态特性和热特性进行了表征。研究了无序和p掺杂吸收对无源腔Q值的影响。通过比较光抽运和电抽运方案，我们还研究了由于横向p-i-n几何结构引起的漏电流。
2022-07-06 physics.app-ph physics.optics
Purcell Effect in the Stimulated and Spontaneous Emission Rates of Nanoscale Semiconductor Lasers
纳米尺度半导体激光器最近已经开发出使用金属、金属-电介质或光子晶体纳米腔。虽然纳米激光器技术正在稳步部署，但由于对其一些关键特性的了解有限，其用于片上光学互连的预期性能在很大程度上仍然未知。具体地，随着腔尺寸相对于发射波长减小，受激发射和自发发射速率被修改，这在腔量子电动力学的上下文中被称为Purcell效应。这种效应预计将在纳米激光器的“无阈值”行为及其调制速度中产生重大影响，但其作用在实际激光器结构中知之甚少，其特征在于显著的均匀和不均匀加宽以及活性材料和腔场的复杂空间分布。在这项工作中，我们调查的受激和自发发射率的半导体激光器的Purcell效应的作用，考虑到载流子的空间分布在很宽的范围内的腔尺寸和发射极/腔线宽的有源区的体积，使微观或纳米尺度的激光器使用单模速率方程分析的静态和动态特性的详细建模。缩小这些纳米级光源的Purcell增强和调制速度方面的最终限制也进行了讨论，显示在纳米激光器中预测的超快调制特性是通过减少模体积的受激发射率的增强的直接后果。
2018-01-26 physics.optics quant-ph
Room-temperature Continuous-wave Lasing from Monolayer Molybdenum Ditelluride with a Silicon Nanobeam Cavity
单层过渡金属二硫属化物（TMD）提供了最有效的光学增益材料，并有可能使纳米激光器具有最小的增益介质和最低的能量消耗。但是基于TMD的激光演示到目前为止仅限于低温。在这里，我们展示了第一个室温下的激光操作在红外波长从一个单层的硅光子晶体纳米束腔的二碲化钼。我们的演示是通过一个独特的选择TMD材料与硅吸收以下的发射波长，结合高Q腔设计的硅纳米梁。在1132 nm的激光表现出在室温下泵浦的连续波激光，阈值密度为6.6 W/cm 2。0.202 nm的室温线宽是最窄的，相应的Q值为5603，这是TMD激光器观察到的最大值。该演示确立了TMD作为实用的纳米激光材料。硅结构为重要红外波长中的硅兼容纳米光子应用提供了额外的益处。
2017-01-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Thresholdless corner vortex solitons in fractal Sierpiński topological insulators
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；Institute of Spectroscopy, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院光谱研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)（莫斯科物理技术学院（国立研究型大学））；Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）；Quantum Technology Centre, Faculty of Physics, M. V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学物理系量子技术中心）
本文在光子分形谢尔宾斯基拓扑绝缘体中首次实现了稳定的无阈值拓扑角涡旋孤子，引入角动量自由度，为拓扑保护涡旋光子学开辟新途径。
2026-09-09 nlin.PS physics.optics
Comprehensive evidence of lasing from a 2D material enabled by a dual-resonance metasurface
本研究通过双共振介电超表面增强CVD生长的WS₂单层吸收与发射，实现超低阈值（<1 W/cm²）单模激光，并展示超过30 μm的相干长度，为二维材料激光器集成与应用奠定基础。
2023-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Topological photonic crystal fibers based on second-order corner modes
光子晶体光纤是现代纤维光学中最活跃的研究领域之一。拓扑光子学的最新进展激发了新的光纤概念和设计。在这里，我们展示了一种新型的拓扑结构的光子晶体光纤的基础上的二阶光子角模的Su-Schrieffer-Heeger模型。与以往主要研究$k_z=0$处的面内性质不同，我们发现在$k_z>0$的光纤结构中，拓扑带隙仅在沿光纤轴向的传播常数$k_z$大于一定阈值时才存在，并且在大的$k_z$处出现的拓扑带隙包含两组角光纤模.我们进一步研究了传播图，提出了一种方便的方法来调整拓扑带隙内的角光纤模式的频率，并设想这种新型光纤的多频率和多信道传输能力。我们的工作不仅具有实际意义，而且还可以为光纤探索开辟一个新的领域，其中许多现有的高阶拓扑光子模式可以为光纤设计和应用带来令人兴奋的新机会。
2021-08-04 physics.optics
Optical characterization of size- and substrate-dependent performance of ultraviolet hybrid plasmonic nanowire lasers
本文通过单纳米线光学表征与高通量PL光谱，研究Ag、Al衬底上ZnO纳米线紫外混合等离激元激光器，揭示衬底色散与纳米线直径对激子-表面等离激元耦合及器件性能的调控作用。
2024-05-08 physics.optics
Light bullets in Su-Schrieffer-Heeger photonic topological insulators
我们引入了一种不同的无阈值的三维孤子状态，形成在高阶拓扑绝缘体的基础上的二维耦合波导的Su-Schrieffer-Heeger阵列。这种结构的线性光谱的特点是存在一个拓扑间隙与角态驻留在他们。我们发现，一个聚焦克尔非线性允许家庭的光子弹分叉的线性角状态存在稳定的三维孤子，继承拓扑保护，从他们的线性角对应，显着，生存，即使在存在相当大的混乱。轻子弹表现出强烈依赖于阵列二聚化的空间局部化程度，并且可能在分叉点附近的拓扑间隙中具有大的时间宽度，从而大大降低了由高阶效应引起的其他强不稳定性。
2023-03-28 nlin.PS physics.optics
Topological Laser in Anomalous Quadrupole Topological Phases
本研究首次实验实现反常四极拓扑相中的拓扑激光器，通过扭转操作制备高品质因数拓扑纳米腔，验证了其拓扑特性，在低温通信波段实现单模脉冲激光，为拓扑纳米光子技术应用提供新方向。
2024-05-15 physics.optics
High-harmonic generation in metallic titanium nitride
高次谐波是非线性光学的基石。它已在广泛的晶体系统中得到证实，包括晶体管、半导体和半金属，以及气体，由于金属的低损伤阈值，金属被排除在外。在这里，我们报告的高谐波产生的金属氮化钛（TiN）薄膜。TiN是一种难熔等离子体金属，以其高熔化温度和激光损伤阈值而闻名，具有与金相似的光学性质。我们表明，TiN可以承受峰值强度高达13 TW/cm $^2$，一个数量级高于金的激光脉冲，使带内谐波的发射高达11 eV的光子能量。这些谐波可以为产生真空紫外（VUV）频率梳的紧凑且高效的等离子体器件铺平道路。通过数值计算和实验研究，我们发现真空紫外辐射的强度标度和角度各向异性源于TiN的各向异性导电能带结构，从而证实了其带内起源。
2020-11-21 physics.optics
Observation of nonlinear fractal higher-order topological insulator
研究首次实现了基于分形起源的非线性光子高阶拓扑绝缘体，发现其在宽耦合强度范围内支持拓扑角态并存在无阈值孤子，为非线性拓扑绝缘体及分形材料控制光流提供了新范式。
2024-02-03 nlin.PS physics.optics
Angular surface solitons in sectorial hexagonal arrays
本文报道了在均匀非线性介质六角形波导阵列平面界面连接处的角面孤子的实验观测结果。这些界面之间的面角对孤子激发的阈值以及光能量漂移和衍射扩展有很大的影响。
2008-05-29 nlin.PS physics.optics
Nonlinear photonic disclination states
高阶拓扑绝缘体是可以支持拓扑保护态的不寻常材料，其维数至少比结构的维数低2。这种状态最有趣的例子是存在于二维高阶绝缘体中的零维角模。与角态不同，最近发现的向错态也属于高阶拓扑态，但被束缚在高阶拓扑绝缘体的向错缺陷的边界上，并且可以使用体向错对应原理来预测。在这里，我们提出了第一个例子的非线性光子向错态分叉从它的线性对应的向错晶格的五边形或七边形的核心。我们表明，非线性允许调整位置的带隙中的向错状态，并显着影响其形状。向错晶格的结构对这些非线性拓扑状态的稳定性至关重要：例如，向错态在七角晶格中是稳定的，而在五角晶格的几乎整个间隙中是不稳定的。这里报道的非线性向错态是无阈值的，即使在低功率下也可以被激发。同时还研究了非线性零能态与向错态共存的情况。我们的研究结果表明，向错晶格可用于各种非线性拓扑功能器件的设计，而由它们支持的向错态可能在应用中发挥重要作用，其中强场限制和拓扑保护是重要的，如拓扑激光器的设计和增强产生高次谐波。
2022-12-08 nlin.PS physics.optics
