近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心 陆凌研究员团队 将原创的拓扑光腔应用于面发射半导体激光器中，研制出了拓扑腔面发射激光器（topological-cavity surface-emitting laser: TCSEL）， 得到了远超同类商用产品的指标和性能。在1550 nm这一最重要的通信和人眼安全波段，同时实现了单个器件10 W峰值功率、小于1 的远场发散角、60 dB边模抑制比，和二维多波长阵列的集成能力。 相关研究成果以「Topological-cavity surface-emitting laser」为题于2022年03月18日在线发表在 Nature Photonics 上。TCSEL的发明对于人脸识别、自动驾驶、虚拟现实所需的三维感知和激光雷达等新兴技术有重要意义。 研究背景 半导体激光器体积最小、效率最高、波长最广，价格最低，是各类应用场景之首选，但出射功率低和光束质量差是其最大的瓶颈，难点更在于这两个指标一般无法同时提高：虽然增大器件尺寸可以提高激光功率，但是大器件中的多模激射会降低光束质量。 之前，陆凌研究员团队提出了一种「狄拉克涡旋」拓扑光腔 ，这是已知大面积单模性最好的光腔设计，可以从原理上突破现有瓶颈，同时提高出射功率和光束质量。 研究创新点 通过分析主流单模半导体激光器的设计我们发现（图1），用于互联网通信的分布式反馈边发射激光器（distributed Feedback: DFB）和用于手机人脸识别的垂直腔面发射激光器（vertical-cavity surface-emitting lasers: VCSEL），在其最优化的谐振腔设计中均采用了一维周期结构中带间拓扑缺陷模式来实现稳定单模工作。而TCSEL正是延续和推广了这样的成功路线，实现了与半导体芯片平面工艺最匹配的二维版本。 图1. TCSEL与现有商用单模激光器的对比图 大面积单模是TCSEL的一个独特优势 ， 这同时提高了出射功率和光束质量：面发射峰值功率大于10 W，光束发散角小于1 （图2左）。相比之下，商用DFB的输出一般为数十mW的量级，单个VCSEL的输出为几mW，面发射的典型发散角为20 ，边发射器件的光束质量通常更差。图2左插图为直径500μm器件的显微镜照片和扫描电子显微镜照片，可以清楚的看到器件标志性的涡旋结构，TCSEL的远场为径向偏振分布的矢量光束。TCSEL的高功率和低发散角优势可以增加三维传感的距离，减少光学系统的尺寸、复杂性和成本。 图2. TCSEL性能：左侧图为激光器输入输出的功率；右侧图为多波长阵列特性 波长灵活性是TCSEL的另一个独特优势 ，比如可以实现二维多波长面阵。VCSEL的垂直腔是在外延生长过程中形成的，不但激光波长受到材料生长的严重制约，而且其阵列在同片晶元上缺乏波长可调性。而DFB虽然可以调节波长，但是由于边发射的裂片制造工艺约束，只能实现一维多波长整列。 相比之下，TCSEL的波长可以在平面加工过程中任意调节，图2（右）中通过改变晶格常数，相应的激光波长从1512 nm到1616 nm线性变化，二维阵列都稳定单模工作，边模抑制比均大于50 dB。这种多波长TCSEL二维阵列可以潜在地提高波分复用技术的功率、带宽和集成度，可以应用于高容量信号传输和多光谱激光传感等众多应用领域。 总结与展望 拓扑物理自量子霍尔效应发现以来一直是基础研究领域的焦点，获得了多个诺贝尔物理奖（1985，1998，2016）。虽然拓扑鲁棒性在理论上可以显著提高器件的稳定性和指标，但至今还没有明确的应用出口，TCSEL的发明有望解决拓扑物理应用的长期瓶颈。 论文的共同第一作者为中科院物理所博士生杨乐臣和博士后李广睿，第三作者为博士后高晓梅，通讯作者为陆凌研究员，TCSEL的器件制备在物理所微加工实验室完成。 该工作得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委、和北京市自然科学基金委的资助。 论文链接： https://www.nature.com/articles/s41566-022-00972-6
驻日美军公开作恶，学福岛将毒水排入大海，日本官员敢怒不敢言在日本决定将福岛核污水排向大海之时，中国和韩国等国都向日本表达了严正的反对立场，但是日本还是我行我素不听取他国意见。然而，等到别国排污危害到自己国家的生态环境时，日本政府就瞬间换了驻日美军毒害冲绳，日本往大海排核污水，这都是跟美国学的？图为驻日美军近日，据媒体报道，由于驻日美军依托这一位置开展战略活动，日本曝光驻日美军毒害冲绳行径，美军隐秘罪行被曝光，当地美军向驻地大量倾倒高污染的化学试剂，日本人怒了必须给个交代我们迈向星辰大海对于青年人和中老年人需要了解些什么？宇宙的琴弦这本书揭示了一个十一维的宇宙。那里，空间的纤维撕裂了又自己缝合起来，一切物质从最小的夸克到最巨大的超新星都在微观的小能量环的振动中产生。对于维度的研究，科学家一直未曾断过美日印澳四国海军联手，关岛打击群虎视眈眈，中国三大海域齐亮剑据综合媒体近日报道，8月26日开始在关岛附近海域一支庞大的海上打击群集结并开始举行联合军演，这支打击群是由四方安全对话也就是美印日澳海军舰艇联手组成。对中国东海台海南海这些所谓的争电影里这段经典口哨，听着就让人汗毛倒立，黑化护士，等几部电影第一部杀死比尔一名叫新娘的女杀手，想脱离所属之暗杀组织，不料却在自己的婚礼上遭到组织首脑比尔与其党羽的虐杀，她头部中弹整整昏迷了4年。在她终于苏醒后，她誓言要不惜一切追杀比尔，复仇8000美军杀回马枪，阿富汗盼来救星？白宫态度很悲观在拜登宣布从阿富汗撤军后的短短几个月内，塔利班武装势如破竹，接连拿下多座重要城池，占据了阿富汗全境不小的面积，已经壮大到了一个新的程度。在这样的情况下，美国宣布将8000名士兵重新多亏华为帮助，塞内加尔夺回数据主权，美国还敢封锁吗？图为塞内加尔总统为数据中心剪彩此前为了阻止中国高科技行业的发展，美国下令对中国的华为等高科技公司实施制裁，这极大的阻碍了中国相关企业的发展，但却没有把中国打趴下，最近美国发现美国越印度醉汉与毒蛇互咬，你一口我一口，脸上血肉模糊，拒绝送医死亡狗咬人不是新闻，但是人咬狗，那就绝对是新闻了。近期，在印度这个与蛇有着不解之缘的国家，就发生了一起类似人咬狗的事件，不过，被咬一方的主角是一条带有剧毒的蛇，而咬蛇的人，也没得到什么莫迪对中国含沙射影，印度鹰派话说得很重这么做，必对中国低头印度这个国家一直以来就对自己有一股莫名的自信，从媒体到政府，都在竭力渲染一种中国不过尔尔的氛围，借以满足它们内心的那种脆弱的民族自豪感。不过，近期一名印度政客的发言，却反其道而行之只因为升起一面旗，塔利班向示威人群开枪，多人倒在血泊之中塔利班进驻喀布尔，实质上相当于已经基本上掌握了阿富汗政局，纵然部分地区有零星的抵抗，也难以改变这一现实。在这样的情况下，塔利班应该如何建立政权，成了世界各国关注的焦点。不过，从最近8月18日，阿军反攻塔利班，蔡英文说胡话，美中国去阿富汗采矿在塔利班武装不费吹灰之力拿下喀布尔后，阿富汗可以说是大局已定，但是近期因为阿富汗政府军的反攻，局势又出现了变数。而在美国抛弃阿富汗后，蔡英文终于不再保持沉默，说出了她对台湾未来的看