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首页>> news>> 2026年05月组内文献阅读汇报



文献标题: Robust single-mode laser via merging bound state in the continuum


研究背景 实现紧凑、稳定且高性能的单模激光器是集成光子学长期追求的目标。然而,在小型化器件中同时实现高功率、单模和稳定性仍面临模式竞争和制造缺陷等挑战。连续域束缚态因其无限高品质因子和强光场局域能力,为高性能光子晶体激光器提供了理想平台。然而,现有BIC激光器在有限尺寸和加工误差下仍易出现多模激射,且器件尺寸难以进一步缩小。如何在有限BIC晶格中实现宽泵浦范围内的稳健单模工作,是当前亟待解决的关键问题。 研究内容 本文提出并实验验证了一种基于动量空间中合并BIC概念的稳健单模激光器。通过在InGaAsP多量子阱光子晶体平板中调控空气孔直径,将多个偶发BIC向Γ点对称保护BIC合并,显著提升了Γ点附近的Q因子并改变了其动量空间标度行为。在20×20周期器件中,合并前条件下实现了高达80倍阈值功率的严格单模激射,远优于合并条件。进一步,通过边缘工程优化边界空气孔,在仅5×5周期的超紧凑器件中实现了BIC单模激光。远场自干涉实验验证了BIC模式的偏振涡旋拓扑特性。 创新点一 首次发现并系统利用“合并BIC”在有限尺寸光子晶体中的反常单模增强效应。与通常认为合并BIC最优的观点不同,本文揭示合并前BIC可通过最大化基模与高阶模式之间的阈值增益差,在高达80倍阈值下仍保持单模工作,这是一种全新的稳健单模设计策略。 创新点二 实现了迄今最小之一的BIC单模激光器。通过边缘工程直接提升5×5周期器件的BIC模式Q因子,整个图案化光子晶体区域小于15 μm²,无需依赖外围光子带隙结构,为片上超紧凑BIC激光器提供了新路径。 结论 本文通过合并BIC概念,在光子晶体平板中实现了低阈值、高模式稳定性的单模激光器。在预合并条件下,器件在80倍阈值功率下仍保持单模,显著提升了高功率稳定性。同时,通过边缘工程实现了5×5周期的超紧凑BIC激光器。远场特性证实了BIC模式的拓扑起源。该工作为高性能、小型化单模激光器提供了新的理论与实验基础。 启发方面 该研究挑战了合并BIC最优的直觉,提出预合并BIC在有限尺寸器件中更具实用价值,这一反直觉思路对拓扑光子学器件的设计具有重要启发。此外,边缘工程提升小型BIC器件Q因子的方法可推广至其他亚波长光子结构,为在极紧凑尺寸下实现高Q谐振提供了通用策略。

文献来源: Light: Science & Applications 15, 255 (2026). 作者:Kai Peng, Jiyoung Moon, Yilin Meng, Kiyanoush Goudarzi, Wei Li, Qing Gu, Wei Bao 发表日期: 27 May 2026



报告人:罗猜

文献标题:Nanophotonic waveguide chip-to-world beam scanning


当前数字基础设施在处理现实世界海量数据流时面临瓶颈。虽然光子集成电路已具备复杂功能,但缺乏一种高效、可扩展的接口将 PIC 的导波模式转换为自由空间的连续空间模式。研究团队提出了一种名为“光子滑雪跳台”的新型器件,它是一个单片集成在压电悬臂梁上的纳米级光波导。通过施加电压控制悬臂梁的机械共振,从而控制光束的偏转,实现了波导的时间模式与自由空间的空间模式之间的高效转换。 研究结论表明,该技术打破了传统扫描技术中“孔径尺寸与扫描速度/质量”的权衡。通过集成微光学元件,可以在亚 5 厘米直径的芯片区域内实现千赫兹级别的Gigaspot分辨率扫描,为光子处理器与自由空间世界建立了无缝的光学管道。



文献来源: Matt Saha, Y. Henry Wen, Andrew S. Greenspon, Matthew Zimmermann, Kevin J. Palm, Alex Witte, Yin Min Goh, Chao Li, Jonathan Bumstead, Kevin Schädler, Ryan Fortin, Mark Dong, Andrew J. Leenheer, Genevieve Clark, Gerald Gilbert, Matt Eichenfield & Dirk Englund Saha, M., Wen, Y.H., Greenspon, A.S. et al. Nanophotonic waveguide chip-to-world beam scanning. Nature 651, 356–363 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-10038-6



报告人:王艺

文献标题: Band flips and bound-state transitions in leaky-mode photonic lattices 光子晶格泄露模中的能带反转与束缚态转变


研究内容: 本文针对一维漏模光子晶格第二禁带的能带动力学问题,采用半解析 KH 模型与 FDTD 数值模拟,系统研究由介电常数前两阶傅里叶谐波的布拉格过程叠加,引发的禁带闭合、能带翻转及连续域束缚态(BIC)带间跃迁机制;定位禁带闭合处的频率简并奇异点,验证对称晶格中BIC的对称性保护与拓扑荷守恒特性。创新点:一是首次明确一维漏模光子晶格第二禁带由一阶布拉格衍射与二阶布拉格衍射的干涉主导,揭示二者相消干涉是禁带闭合、能带翻转的核心物理机制;二是基于半解析色散模型,在禁带闭合处定位频率实部与虚部完全简并的奇异点,为提升导模共振(GMR)器件灵敏度提供理论支撑。结论:一维漏模光子晶格的第二禁带由介电常数前两阶傅里叶谐波的布拉格过程叠加主导;一阶与二阶布拉格衍射的相消干涉会引发禁带闭合、能带翻转及 BIC 带间跃迁;能带翻转临界调制强度随填充因子远离闭合点而增大,禁带闭合处存在奇异点;对称保护 BIC 的拓扑荷在跃迁中守恒,该研究方法可拓展至光子晶体平板、超材料等器件体系。启发:本文跳出传统光子晶格禁带仅由基频谐波调控的思路,明确多阶傅里叶谐波布拉格干涉对漏模能带的关键作用,为漏模光子器件的禁带宽度、BIC 位置精准调控提供新路径;奇异点的发现为高灵敏度导模共振传感器、窄带滤波器设计提供理论依据;BIC 拓扑荷守恒特性为拓扑保护漏模光子器件的鲁棒性设计提供新思路,大幅拓展漏模光子学在集成光子器件中的应用边界。



文献来源: Phys. Rev. B 99, 045304 作者:Sun-Goo Lee and Robert Magnusson



报告人: 赵健

文献标题: Super-Narrow, Extremely High Quality Collective Plasmon Resonances at Telecom Wavelengths and Their Application in a Hybrid Graphene-Plasmonic Modulator Nano Lett. 2015, 15, 3519−3523


研究背景 表面等离激元共振在金属纳米结构中具有广泛的应用前景,然而,传统的表面等离子体激元(SPP)在连续金属薄膜中的品质因子通常低于20,而局域表面等离子体共振在孤立纳米颗粒中更宽,共振品质不佳,限制了其应用的效果。为了获得更窄更锐的共振研究者们提出了利用周期性纳米结构阵列中的衍射耦合效应,产生超窄的集体等离子体共振。然而,在光纤通信波段实现高品质因子的共振仍具有挑战性。本文正是在这一背景下,致力于在通信波段实现超高Q值的集体等离激元共振,并探索其在主动等离子体器件中的应用,尤其是与石墨烯结合的光调制器。 研究内容 本文在纯金衬底上制备了金光栅即通过电子束光刻和蒸镀技术制备了不同高度、周期和宽度的金纳米条阵列。利用椭偏仪测量其反射特性,重点分析了共振峰的位置、宽度、深度和品质因子Q。通过改变周期和入射角,可以在1480–1580 nm范围内调谐共振峰位置,同时保持良好的Q值。此外,研究还比较了有无金底层对共振质量的影响,发现金底层通过产生镜像偶极子和模拟折射率匹配环境,显著提升了共振的窄度和深度。在应用方面,研究团队将单层石墨烯和六方氮化硼集成到纳米条阵列上,构建了混合石墨烯-等离子体光调制器。通过施加±150 V的栅压,观察到了共振峰约10 nm的红移,并在反射模式下实现了20%的光调制深度,这是当时报道的最大值。 创新点一 在通信波段(1.5 μm)实现了Q ≈ 300的集体等离子体共振,FWHM仅为5 nm,是目前该波段报道的最高值之一。 创新点二 通过在纳米条下方沉积金膜,利用镜像电荷效应和虚拟折射率匹配环境,显著抑制了衬底的不对称性对共振的阻尼效应,提升了共振质量。 结论本研究成功在通信波段实现了具有超窄线宽和超高Q值(约300)的集体等离子体共振,突破了传统等离子体结构在品质因子和调制能力方面的限制。通过引入金底层和优化入射角度,提出了一种有效的共振增强机制,并可推广至其他波长范围。基于这一结构,研究进一步展示了高性能的混合石墨烯-等离子体光调制器,实现了20%的反射调制深度 启发方面 镜像电荷效应和虚拟折射率匹配环境的概念为目前的工作提供了有力支撑,纯金属等离激元表面晶格共振与介质折射率环境离激元表面晶格共振有了共性理论。



文献来源: Benjamin D. Thackray,† Philip A. Thomas,*,† Gregory H. Auton,‡ Francisco J. Rodriguez,† Owen P. Marshall,† Vasyl G. Kravets,† and Alexander N. Grigorenko† 发表日期: April 10, 2015



报告人:喻志翔

文章标题:Light management for perovskite light-emitting diodes《钙钛矿发光二极管的光场调控》


文章概述:Pe-LED已实现多色器件外量子效率超过20%,最优器件的内量子效率已接近100%,但内部产生的光子仍存在80%被困在器件结构中,通过多种损耗通道耗散能量,光出耦合效率低成为制约外量子效率进一步提升的核心瓶颈。本文从钙钛矿材料本征光学性质以及器件结构非本征性质两个维度,系统分析了Pe-LED的光管理策略,论证了这些策略可使Pe-LED的EQE显著超越传统平面有机LED的极限。文章的实验原理:Pe-LED 的外量子效率由以下公式决定: 其中EQE为外量子效率; IQE 为内量子效率;f_balance为电荷平衡因子 (极限值为1);f_(e-h)为每对注入载流子产生关联电子-空穴对的概率;η_rad为辐射复合效率 (针对每个电子-空穴对);f_outcoupling为光出耦合效率。约 80% 的光子被困源于以下四类损耗通道:波导模式损耗:钙钛矿材料折射率≈2.5远高于电荷传输层n≈1.7-1.8,导致大部分光子在器件层间发生全内反射,形成波导模式。衬底模式损耗:器件衬底(玻璃n≈1.5与空气n=1的折射率差,使进入衬底的光子大部分无法逃逸到空气中。寄生吸收损耗:包括功能层、透明电极、金属电极的吸收,以及发射层的自吸收,可导致约 30% 的效率损失。表面等离激元损耗:金属或介质界面的电子集体振荡形成非辐射模式,至少造成 20% 的效率损失。本征光学性质调控机理:降低折射率机理;光子回收;跃迁偶极矩取向;降低寄生吸收机理。非本征器件结构调控机理:光散射与出耦合结构机理;折射率匹配机理; 光学微腔效应机理;等离激元增强机理。文章主要结论:①效率瓶颈定位:Pe-LED 的EQE提升已不再受限于内量子效率,光出耦合效率低是当前最主要的瓶颈,约80%的内部光子被困在器件中;②本征调控的独特优势:钙钛矿材料的光学性质具有高度可调性,通过折射率调控、光子回收、TDM 取向优化等本征手段,可在不增加器件制备复杂度的前提下显著提升出光效率,其中光子回收是Pe-LED 区别于OLED的核心优势;③非本征调控的巨大潜力:微纳光散射结构、折射率匹配、光学微腔、等离激元增强等非本征手段可进一步大幅提升出光效率,多种策略的协同使用可实现叠加效应;④跨领域技术迁移的可行性:OLED的低折射率网格、微透镜阵列技术,以及钙钛矿太阳能电池的光捕获技术,均可迁移应用于Pe-LED的光管理。文章创新点:①理论框架创新:首次将Pe-LED光管理策略系统划分为本征光学性质调控和外征器件结构调控两大类,构建了完整的光管理理论体系。②量化分析创新:首次量化了各光管理策略的效率提升潜力,明确了光子回收在高光致发光量子效率Pe-LED中的决定性作用,并推导了包含光子回收效应的EQE理论公式,修正了传统平面LED的效率极限模型。③跨领域融合创新:深入对比了Pe-LED与OLED、钙钛矿太阳能电池的光管理异同,论证了将太阳能电池技术转化为LED技术的可行性,拓展了Pe-LED光管理的研究边界。



文献来源:Nature Nanotechnology, Volume 18, September 2023, 981–992 文章作者:Baodan Zhao, Maria Vasilopoulou, Azhar Fakharuddin. et al.



报告人:丁玺铮


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