近日，周陶杰副教授在国际顶级期刊 Advanced Materials 上发表题为 “Ultra-Compact Topological Photonic Crystal Rainbow Nanolasers Operating in the 1550 nm Telecom Band with Wavelength-Scale Mode Volumes” 的最新研究成果。该工作实现了光通讯C波段的拓扑彩虹光子晶体纳米激光器，有望为下一代光子芯片提供超高集成度、低功耗片上光源。
Advanced Materials
激光器是现代光电子技术的核心器件，其小型化一直是该领域的研究重点。半导体纳米激光器凭借超小尺寸、低功耗和高速响应的优势，成为实现超高集成度光子芯片的核心光源。近年来，基于受拓扑保护的光模式构建的拓扑光子晶体谐振腔，推动了新型半导体激光器的发展。与传统的半导体激光器相比，拓扑激光器具有对缺陷和微扰鲁棒性的特点。
超高速、大容量信息传输往往需要集成多个不同激射波长的半导体激光器。然而，实现多波长高密度集成的拓扑纳米激光器仍面临较大挑战。周陶杰副教授致力于微纳半导体激光器及其集成研究，实现了超低功耗硅基单片集成量子点光子晶体纳米激光器（Nature Communications, 2020），并构建了高阶拓扑零维角态纳米激光器，以及稳定单模激射的拓扑狄拉克-涡旋光子晶体激光器（ACS Photonics, 2022; Light: Science & Applications, 2023），基于前期研究基础，提出利用拓扑彩虹光场限制效应，在纳米尺度上实现了空间位置区分、不同波长间隔的拓扑光模式强局域，构建了具有高品质因子和小模式体积特点的一维及二维拓扑彩虹光子晶体纳米腔，采用InGaAsP多层量子阱作为光通讯C波段激光器增益介质，并优化了激光器微纳制备工艺，最终实现了室温下激射的拓扑彩虹光子晶体纳米激光器。该研究为拓扑彩虹效应在激光器领域的应用提供了新思路，并有望为下一代光子芯片提供超高集成度、低功耗的片上光源。
图1. 一维拓扑彩虹纳米激光器的结构设计（a）、器件扫描电子显微镜图（b）、温度调控下的激光光谱图（c）。二维拓扑彩虹纳米激光器示意图（d）、器件扫描电子显微镜图（e）、激光输出光谱图（f）及波长分布图（g）。
研究成果以《Ultra-Compact Topological Photonic Crystal Rainbow Nanolasers Operating in the 1550 nm Telecom Band with Wavelength-Scale Mode Volumes》为题，发表在Advanced Materials上。华南理工大学微电子学院2023级博士研究生田丰、硕士研究生王依澜和黄文迪为论文共同第一作者，周陶杰副教授与长春理工大学方铉研究员为共同通讯作者，华南理工大学为第一通讯单位。
期刊介绍
Advanced Materials是德国Wiley旗下的国际顶级期刊，创刊于1989年，刊发材料科学、纳米器件等领域最前沿的研究成果，最新影响因子为27.4，中科院分区为1区TOP。
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