前言
近日，Light: Science & Applications期刊在线发表了由武汉大学电子信息学院团队牵头完成的研究成果(https://doi.org/10.1038/s41377-026-02322-5)。该研究针对光子晶体（PhC）激光器中连续域束缚态（BIC）固有的偏振涡旋问题，提出了一种色散辅助偏振调控策略，成功在紧凑型准BIC激光器中实现了偏振消光比（PER）高达300:1的线偏振发射，同时保持了单模运转和良好的光束质量。这一突破为片上集成偏振光源的设计提供了全新思路，有望推动相干光通信、先进显示技术和精密测量等领域的发展。
核心内容
研究背景与挑战
BIC因其理论上无限大的品质因子（Q值），被认为是实现低阈值、单模面发射激光器的理想平台。然而，BIC在动量空间具有拓扑偏振涡旋特性，导致其发射偏振态难以定义。传统上，通过引入结构对称性微扰可将BIC转化为准BIC（q-BIC），从而在Γ点获得线偏振发射。但在实际有限尺寸的激光器中，有限尺寸效应会引起动量量子化和动量不确定性，严重降低偏振纯度——这一问题长期以来被忽视。
创新策略：色散辅助偏振工程
研究团队提出并验证了一种“光束-偏振匹配”范式，通过反演对称性破缺与各向异性色散调控的协同作用，实现了对BIC激光偏振态的系统性调控：
反演对称性破缺（位移微扰Δ）：将偏振涡旋转化为线偏振态，但PER提升有限，且会降低Q值；
各向异性色散调制（不等周期晶格(ax≠ay）：通过调控能带色散，使偏振分布在更大k空间区域均匀化，同时保持高Q值，但远场呈双瓣分布；
两者协同：在保留单瓣高斯型远场的同时，大幅提升偏振均匀性，实现PER的飞跃。
实验结果
研究团队采用InGaAsP多量子阱材料，制备了尺寸仅为20×20晶胞（约16.4μm×13.4μm）的紧凑型qBIC激光器。实验测得：
阈值泵浦功率约40μW；
激射波长1590nm，单模运转；
偏振消光比298:1，接近理论预期。
通过对比不同对称破缺强度和晶格尺寸的器件，研究团队系统验证了色散辅助策略对PER的显著增强效果。
研究意义
科学价值
该工作首次系统揭示了有限尺寸BIC激光器中偏振纯度退化的物理根源——动量空间的量子化与不确定性，并提出了有效的“色散辅助”解决方案。这一发现不仅深化了对BIC偏振物理的理解，也为拓扑光子学与纳米激光器的交叉研究提供了新范式。
应用前景
高纯度、小尺寸的线偏振激光源在以下领域具有迫切需求：
相干光通信：提高信号保真度与信道容量；
单光子源：提升量子光源的提取效率与相干性；
生物成像与三维传感：增强图像对比度与空间分辨率；
三维显示与体积全息：实现高保真偏振调控。
此外，该策略具有波长和材料平台普适性，可推广至可见光、近红外等波段，为未来单片集成偏振光源和片上光互连系统提供关键元器件支撑。
图1：连续谱束缚态（BIC）在紧凑结构中的发射演化：从偏振涡旋环斑到均匀线偏振单瓣光束
图2：基于反演对称性微扰的有限尺寸光子BIC晶格偏振工程
图3：基于各向异性周期性的有限尺寸光子BIC晶格色散工程
图4：面向有限尺寸光子BIC晶格均匀线偏振发射的色散辅助偏振工程
图5：采用色散辅助偏振工程的q-BIC激光器发射特性
图6：有无各向异性色散工程的q-BIC激光器发射偏振特性随反演对称性微扰强度的变化
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