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日前，北京大学纳光电子前端科学中心、人工微结构和介观物理国家重点实验室肖云峰教授和横旗煌院士领导的课题组在微腔激光研究中取得了最重要的进展：利用超高质量因子回音壁光学微腔，可重构超低阈值的自发关于研究成果的在线公开发表在《大自然通讯》 (NatureCommunications )上，文章题目“reconfigurablesymmetry-brokenlaserinasymmetricmicrocavity”。(a )自愿平面破裂微腔拉曼激光系统的示意图。插图：拉曼激光光谱，黄色阴影是增益范围。(b)(c )拉曼激光再次发生平面缺损的过程中顺时针(CW )和逆时针(CCW )的激光强度高性能的相干光源是构建基础光物理研究和光子学应用的重要前提之一。

近年来，具有超高质量因子的回音壁模式光学微腔已经成为研究各种新型高效光源的最重要平台，实验上还包括宇称时间反转平面激光器、轨道角动量激光器和微腔光学频率巴里等但是，不存在回音壁微腔模式的固有手征对称性一般等强度地牵引传输腔内的激光场，严重妨碍了许多光学器件应用的发展。例如，只有单向光发射、光寄存器和非相互光传输等。迄今为止，为了取得具有单向回音壁微腔的手征激光，一般必须超过光谐振器的几何手征对称性。用这种方法得到的激光指向性相同，不能动态控制其出射特性，拒绝谐振器的形状设计和工艺制取方法。

在迄今为止的工作中[ PHYS.REV.LETT.118，033901 (2017 ) ]，该课题组首次明确提出并证明了微腔光场自发平面缺损的概念，接受了国际同行的检查。在最近的工作中，课题组将这个概念引入增益微腔，构建了自发平面缺损的手征拉曼激光器。在实验中，研究者首先在几乎平面的回音壁微腔系统中获得了低阈值的拉曼激光(a )。微腔内的牵引传输拉曼激光之间不存在基于表面衍射的线性耦合和基于柯克交叉振幅调制的非线性耦合这两种耦合机制。

当符合特定振幅的拉曼激光场强超过缺损阈值时，非线性耦合几乎补偿线性耦合。此时拉曼激光场的手性平面状态再次失稳，光场随机顺时针或逆时针向一个方向传播，不自发转移到手性状态(b)(c )。

实验表明，双向激光强度之比为160:1。研究者进一步在实验中通过控制双向泵光强的比例建立了自发的手征激光指向性的动态控制。纳米针尖散射体通过改变光场的线性耦合强度控制平面断裂阈值，可以构建光场的单向和双向传输的变换。

这种自发平面断裂激光同时融合了激光增益动力学和自发平面断裂机理，为方向可重构微腔相干光源获得了新的方案。此外，该机制不依赖于谐振器的特定形状设计，可以进一步扩展到其他材料和不同的激光工艺。本文的合作者还包括新加坡国立大学城-魏秋丘教授和维也纳理工大学StefanRotter教授等。研究得到了科技部重点研究开发计划、国家自然科学基金委员会、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创造中心和极端光学协同创造中心等的反对。

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