《宇稱-時間對稱雷射器件物理及套用》是依託北京大學，由馬仁敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：宇稱-時間對稱雷射器件物理及套用
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：馬仁敏
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
非厄密系統包含著豐富的物理現象，比如空間反演和時間反演（PT）共同作用下不變的非厄密哈密頓量可以有實的本徵值；存在本徵值和本徵矢量同時簡併的奇異點等。本項目根據當前國際上非厄密系統光學和微納雷射研究的發展趨勢，以發展雷射器件中的PT調控原理、方法和套用為主要目標，以高空間和時間解析度的光學表征系統為主要實驗手段，開展PT雷射器件物理與套用研究。所申請項目致力PT雷射器件相關的關鍵物理問題的研究和解決，主要包括：(1)設計並製備出具有低閾值、PT對稱相變點可控的雷射器件結構；(2)獲得材料和器件結構參數等對PT對稱雷射器件性能的作用規律；(3)揭示雷射中的非線性過程以及輸出耦合波導對PT對稱雷射器件性能的作用規律；(4)獲得高探測靈敏度的PT對稱雷射探測器。通過上述工作，基本理解和掌握影響PT雷射器件性能的物理機制和調控方法，為改善PT雷射器件性能及可靠性提供物理依據，並推動其實用化進程。
結題摘要
本項目根據當前國際上非厄密系統光學和微納雷射研究的發展趨勢，開展了宇稱-時間對稱、等離激元、拓撲等非厄密系統雷射物理和器件的研究，取得了重要成果。以下對項目資助下完成的5項代表性研究成果做簡要概述。1.利用宇稱-時間對稱體系中的光學奇異點, 提出了一種拓撲階數可控渦旋微腔雷射器。論文以封面文章的形式發表於Chinese Physics B （25, 124211, 2016）.該工作是國際上最早提出渦旋微腔雷射器的兩個工作之一。另一工作為美國SUNY Buffalo大學同年發表於Science的工作（353， 464, 2016）。2.通過系統的理論和實驗研究，證明了等離激元效應可以提高雷射器性能，解決了金屬能否提高雷射器性能這一納米光學領域長期懸而未決的問題，為雷射的進一步微型化，實現更低功耗、更快速度的納米雷射掃清了障礙。工作發表於Nature Communications（8, 1889, 2017），入選了“2018中國光學十大進展”， 並被Nature Materials以News & Views 形式專題報導。3.發展出了等離激元納米雷射漏輻射顯微成像方法，揭示其輻射場可以全部為金屬中自由電子振盪形成的表面等離激元形式，確認了納米雷射器與常規雷射器本質區別，為對納米雷射器進行進一步操控和套用奠定了基礎。工作發表於Science Advances（3, e1601962, 2017）。4.實驗發現了拓撲能帶反轉光場限制效應，將拓撲態的利用由拓撲邊緣態擴展至拓撲體態，並基於此實現了一種高性能的拓撲體態雷射器。器件性能與商業化雷射二極體相當，根據IEEE以及相關工業標準，指標滿足數據通訊與消費電子等套用領域需求。工作發表於Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/s41565-019-0584-x, 2019。5.應國際著名期刊Nature Nanotechnology邀請撰寫納米雷射綜述文章。這篇綜述系統闡述了納米雷射器基本物理；總結了納米雷射器在晶片上光電互聯、高靈敏物質檢測、生物標記與探針、新型光束產生與調控等領域的套用進展與挑戰。工作發表於Nature Nanotechnology（14, 12–22, 2019）。
