該激光器工作于太赫茲頻段（30μm至3mm），覆蓋6G通信頻率，有望推動未來高速無線通信技術的發展。相關研究成果發表在《自然·光子學》（Nature Photonics）上。
來自新加坡南洋理工大學物理與數學科學學院的Wang Qijie教授（左）和新加坡南洋理工大學電氣與電子工程學院的Cui Jieyuan博士。
激光器的光損耗問題
超緊湊激光器在小型設備、光計算、數據中心、高速通信、醫學成像及先進傳感器等領域具有廣泛應用前景。然而，光損耗問題嚴重限制了微型激光器的性能，主要表現為：
激光腔側向泄漏：激光腔用于約束和放大光束，但部分光會從側面逃逸。
輻射損耗：光子晶體結構中的光輻射導致能量損失。
散射損耗：光子晶體的制造缺陷導致光散射，降低效率。
在超緊湊激光器中，這些損耗效應尤為顯著，甚至可能導致激光器無法輸出足夠強度的光以供實際應用。
三維抑制光泄漏的創新方案
為解決這一難題，南大團隊結合平帶（flat bands）和多束縛態連續區（multi-BIC）兩大物理機制：
平帶結構：光子晶體中特定能帶的光波群速度趨近于零，使光能量無法逃逸激光腔。
多BIC機制：通過光波干涉抵消逃逸分量（類似降噪耳機原理），實現三維空間的光束縛。
研究人員設計了一種新型激光腔結構，在兩層金膜夾持的半導體光子晶體中，構建雛菊形微孔周期性陣列（見圖1）。該設計可同步抑制泄漏、散射和輻射損耗，團隊稱其為“三維光泄漏抑制的終極解決方案”。
左圖：激光腔芯片；中圖：雛菊形氣孔陣列有效降低光損耗；右圖：微孔結構顯微圖
技術優勢與應用前景
該激光器還具有光束發散角極小的特點，適用于精密光學領域。通過調整氣孔尺寸和光子晶體晶格常數，該設計還可拓展至近紅外及可見光波段。
Wang Qijie教授（南洋理工大學電機與電子工程學院/數理學院，研究負責人）表示：“基于團隊在光子能帶工程領域15年的積累，我們意識到平帶與BIC的結合能高效捕獲光子。這項突破克服了現有微型激光器的缺陷，為可穿戴設備、光計算等應用開辟了新道路。”
Cui Jieyuan博士（論文第一作者，南洋理工大學電機與電子工程學院）指出：“我們的激光器解決了微型激光器的關鍵瓶頸，未來可廣泛應用于下一代通信和計算技術。”
美國賓夕法尼亞大學光子學專家Bo Zhen副教授（未參與研究）評價：“這項創新是拓撲光子學領域的重大突破，為集成光子系統提供了緊湊、穩定且可擴展的新型光源。”
目前，研究團隊正致力于提升激光功率并推進光電器件集成，同時已提交技術專利，并尋求產業合作以推動商業化進程。
相關鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41566-025-01665-6
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