拓?fù)浼す馄鳎═L）是利用拓?fù)涔鈱W(xué)原理設(shè)計和制造的激光器件，可以得到具有魯棒性的單模激光，是未來新型光電集成芯片的理想光源。電泵浦拓?fù)浼す馄饕云潴w積小、易于集成等優(yōu)點成為近年研究熱點，但基于電注入的拓?fù)浼す馄髂壳叭蕴幱谘芯科鸩诫A段，輸出功率低，性能距離實際應(yīng)用還存在很大差距。因此，開發(fā)一種提高電泵浦拓?fù)浼す馄鬏敵龉β实脑O(shè)計思路和技術(shù)方案至關(guān)重要。

近期，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所劉峰奇研究員研究團隊在高性能電泵浦拓?fù)浼す馄餮邪l(fā)方面取得進(jìn)展：研究團隊創(chuàng)新性地引入了表面金屬狄拉克拓?fù)淝唬⊿MDC）設(shè)計（圖1），將拓?fù)淝恢苽溆诒砻娼饘賹?，保留了有源區(qū)的完整性，為實現(xiàn)高功率輸出提供了足夠增益，從而解決了有源區(qū)刻蝕限制電泵浦拓?fù)浼す馄鞴β侍嵘钠款i問題；利用SMDC與有源區(qū)之間的強耦合作用，在低有效折射率差的情況下，通過優(yōu)化吸收邊和拓?fù)淝粎?shù)設(shè)計，實現(xiàn)了魯棒的拓?fù)鋷чg模式（Jackiw-Rossi零能模）工作，并在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的拓?fù)浼す馄鞯聂敯魡文＜す夤庾V和遠(yuǎn)場模式中得到了例證。

由于SMDC設(shè)計未破壞有源區(qū)，且SMDC結(jié)構(gòu)具有高面輻射效率，該器件實現(xiàn)了150毫瓦的單模面發(fā)射峰值功率（圖2）。此外，該器件具有渦旋偏振遠(yuǎn)場，通過引入相位調(diào)制，在保持拓?fù)浼す馄鳒u旋偏振特性的情況下，獲得了對稱性可調(diào)節(jié)的遠(yuǎn)場（圖3），是一種理想的片上渦旋偏振光源。

該工作為高性能電泵浦拓?fù)浼す馄餮邪l(fā)提供了新思路方案，對于推動高性能電泵浦拓?fù)浼す馄鞯陌l(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

該成果以“High-power electrically pumped terahertz?topological laser based on a surface metallic?Dirac-vortex cavity”為題，5月24日發(fā)表于《自然-通訊》(Nature?Communications)（DOI:10.1038/s41467-024-48788-y）。半導(dǎo)體所博士生劉俊鴻和博士生許云飛為論文共同第一作者，半導(dǎo)體所劉峰奇研究員、翟慎強研究員、張錦川研究員和北京量子信息科學(xué)研究院陸全勇研究員為該論文的共同通訊作者。

該項工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃以及中國科學(xué)院青年促進(jìn)會等項目的資助。