西工大新聞網(wǎng)7月26日電（張旭濤）矢量光束因其在同一時(shí)刻不同空間位置處具有不同的偏振態(tài)，在超分辨成像、光鑷、大容量光互連及量子通訊中有著重要的應(yīng)用潛力而被廣泛研究。傳統(tǒng)制備矢量光束的方式普遍需要體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的光路系統(tǒng)，無(wú)法用于高密度集成的光子芯片中。通過(guò)設(shè)計(jì)構(gòu)建特定結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體光學(xué)腔來(lái)選擇本征模式實(shí)現(xiàn)矢量光束，有望極大縮小激光器的尺寸以滿(mǎn)足光子集成芯片不斷小型化的需求。
圖1. InGaAs/GaAs量子盤(pán)納米線(xiàn)矢量光束激光器。
西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院面向健康的綠色柔性電子團(tuán)隊(duì)的張旭濤副教授與物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的甘雪濤教授、澳大利亞國(guó)立大學(xué)Jagadish教授課題組合作在ACS Nano上發(fā)表了垂直發(fā)射矢量光束的納米線(xiàn)激光器。利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積選區(qū)外延技術(shù)（SAE-MOCVD），研究人員在具有100 nm開(kāi)孔SiO2掩膜層的GaAs(111)B襯底上生長(zhǎng)了InGaAs/GaAs量子盤(pán)納米線(xiàn)。原位生長(zhǎng)的直立納米線(xiàn)構(gòu)成了法布里-珀羅腔，其頂部端面以及底部環(huán)形的GaAs/SiO2界面（見(jiàn)圖1）構(gòu)成光學(xué)腔的兩個(gè)反射鏡。通過(guò)仿真設(shè)計(jì)特定尺寸“甜甜圈”狀的底部反射鏡來(lái)調(diào)制反射率，將光場(chǎng)局域在納米線(xiàn)中心的基模HE11a/b從SiO2開(kāi)孔中選擇性地泄露掉，支持具有“甜甜圈”狀光場(chǎng)的TE01模式在納米線(xiàn)腔中諧振。最終，實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了垂直發(fā)射的近紅外（~ 980 nm）、單模、低閾值（~ 1 μJ/cm2per pulse）角向柱對(duì)稱(chēng)偏振的矢量光束激光器。由于納米線(xiàn)具有亞波長(zhǎng)橫截面，因此可以將其視為最小尺寸的矢量光束發(fā)生器。此外，將生長(zhǎng)襯底由GaAs改為Si，該方案可以擴(kuò)展到硅基平臺(tái)，有望為矢量光束納米激光器與硅基光子芯片的直接集成提供一條新的可性方案。
相關(guān)成果以“Vertical Emitting Nanowire Vector Beam Lasers”為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)納米》(ACS Nano)上。
上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等經(jīng)費(fèi)的資助。
審核:（王學(xué)文）
