电泵浦半导体激光器是最重要的光源之一，因为它们具有高效率、紧凑性和固态稳定性。对于中红外和太赫兹辐射，量子级联激光器(QCL)是通过电泵浦运行的最重要的光源。为了演示单模激光发射，人工设计的分布反馈(DFB)光栅可以在脊形激光器顶部形成图案。

这种基于DFB的QCL可以产生接近瓦特级的输出发射，同时保持单模发射。然而，除了单模操作之外，QCL的研究仍然需要非平凡的光束工程(例如，圆偏振光束、涡旋光束和其他矢量光束)和来自单个激光器设备的高光发射，这是非常需要的先进的光电应用，如通信、成像、光谱等。

在LightScience&Application发表的一篇新论文中，由新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院QiJieWang教授领导的科学家团队开发了一种电泵浦紧凑型拓扑体激光器，可同时提供单-模式发射和整个动态范围内的圆柱形矢量光束。

“电泵浦拓扑绝缘体激光器的发展最近引起了很多研究兴趣，因为它被认为是将拓扑光子学的边界推向实际应用的一个有前途的方向。光子拓扑源于凝聚态物理。通过适当地构造一个拓扑光子腔并将其与增益材料集成，我们可以使它产生激光，”研究人员说。

“与此同时，光子带拓扑结构允许光学模式得到强有力的保护，免受缺陷、紊乱和急剧弯曲的影响。在我们团队的另一项独立工作中，我们已经证明拓扑边缘状态确实为太赫兹QCL提供了前所未有的稳健性。现在在在新提出的工作中，我们将注意力放在反映众所周知的拓扑体边缘对应的拓扑体带边缘上。

“我们表明，带反转拓扑带边缘支持高质量因子，与所有其他光子模式相比，它们在增益竞争中具有优势。我们采用常用的QCL晶圆，由双金属层包覆。拓扑光子腔非平凡域被平凡域包围的是从表面发射面蚀刻出的气缸孔，”研究人员解释说。

“构建这样的[a]设备有几个优点，”他们继续说道。“首先，存在于拓扑域中的光学模式由于其不同的拓扑相位而不能横向传播到平凡域。这导致拓扑域中所需光学模式的横向限制。其次，作为带边缘模式在动量空间中具有无限Q因子和远场偏振奇异性的对称不相容性，它们是连续体(BIC)中众所周知的束缚态，提供垂直限制。这两种机制对于激光器件小型化和单一化都是非常理想的模式激光发射。有趣的是，BIC的远场拓扑结构，即偏振奇异性，发射矢量光束，”他们补充道。

“单片太赫兹矢量光束激光器的演示将吸引来自不同研究领域的大量兴趣。基本上，我们的激光腔设计仅依赖于介电折射率调制。因此，它可以很容易地扩展到其他波长范围，例如中红外、近红外和可见光区域，可以开发用于更多潜在应用，”科学家们总结道。

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