西工大新闻网7月26日电（张旭涛）矢量光束因其在同一时刻不同空间位置处具有不同的偏振态，在超分辨成像、光镊、大容量光互连及量子通讯中有着重要的应用潜力而被广泛研究。传统制备矢量光束的方式普遍需要体积庞大、结构复杂的光路系统，无法用于高密度集成的光子芯片中。通过设计构建特定结构的半导体光学腔来选择本征模式实现矢量光束，有望极大缩小激光器的尺寸以满足光子集成芯片不断小型化的需求。

图1. InGaAs/GaAs量子盘纳米线矢量光束激光器。

西北工业大学柔性电子研究院面向健康的绿色柔性电子团队的张旭涛副教授与物理科学与技术学院的甘雪涛教授、澳大利亚国立大学Jagadish教授课题组合作在ACS Nano上发表了垂直发射矢量光束的纳米线激光器。利用金属有机化学气相沉积选区外延技术（SAE-MOCVD），研究人员在具有100 nm开孔SiO₂掩膜层的GaAs(111)B衬底上生长了InGaAs/GaAs量子盘纳米线。原位生长的直立纳米线构成了法布里-珀罗腔，其顶部端面以及底部环形的GaAs/SiO₂界面（见图1）构成光学腔的两个反射镜。通过仿真设计特定尺寸“甜甜圈”状的底部反射镜来调制反射率，将光场局域在纳米线中心的基模HE_11a/b从SiO₂开孔中选择性地泄露掉，支持具有“甜甜圈”状光场的TE₀₁模式在纳米线腔中谐振。最终，实验上实现了垂直发射的近红外（~ 980 nm）、单模、低阈值（~ 1 μJ/cm² per pulse）角向柱对称偏振的矢量光束激光器。由于纳米线具有亚波长横截面，因此可以将其视为最小尺寸的矢量光束发生器。此外，将生长衬底由GaAs改为Si，该方案可以扩展到硅基平台，有望为矢量光束纳米激光器与硅基光子芯片的直接集成提供一条新的可性方案。

相关成果以“Vertical Emitting Nanowire Vector Beam Lasers”为题，发表在《美国化学会纳米》(ACS Nano)上。

上述工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划项目、中央高校基本科研业务费等经费的资助。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c02786

审核:（王学文）