降低激光器的功耗和尺寸是一个重要的挑战，但是在低功率水平下，量子噪声对相干辐射的掩盖，阻碍了激光器的发展。因此，尽管在微米级和纳米级激光器（例如光子晶体激光器、金属激光器和等离子体激光器）方面取得了相当大的进展，但其相干长度仍然非常有限。作者在本文中表明，基于 Fano 干涉的连续域内的束缚态(bound states in the continuum，BIC)可以有效地抑制量子涨落。尽管其本质上很脆弱，但这种不寻常的状态会重新分配光子，从而抑制自发辐射的影响。基于这个概念，作者通过实验证明了一种线宽比现有微型激光器小 20 多倍的微型激光器，并证明进一步减少几个数量级是可行的。这些发现为微观激光器的众多应用铺平了道路，并指出了光子学以外的新机遇。
博览: 2021 Nature Photonics 基于连续域内束缚态的超相干Fano激光器
摘要：
降低激光器的功耗和尺寸是一个重要的挑战，但是在低功率水平下，量子噪声对相干辐射的掩盖，阻碍了激光器的发展。因此，尽管在微米级和纳米级激光器（例如光子晶体激光器、金属激光器和等离子体激光器）方面取得了相当大的进展，但其相干长度仍然非常有限。作者在本文中表明，基于 Fano 干涉的连续域内的束缚态(bound states in the continuum，BIC)可以有效地抑制量子涨落。尽管其本质上很脆弱，但这种不寻常的状态会重新分配光子，从而抑制自发辐射的影响。基于这个概念，作者通过实验证明了一种线宽比现有微型激光器小 20 多倍的微型激光器，并证明进一步减少几个数量级是可行的。这些发现为微观激光器的众多应用铺平了道路，并指出了光子学以外的新机遇。
潜在用途：
（1）实验证明了激光器线宽可达5.8MHz，符合40Gbits相干通讯需求。
（2）可用于实现集成传感器，其线宽可识别浓度为attomolar的蛋白质/DNA，这是使用其它纳米传感器难以实现的。
示意图：
a，传统Fabry-Pérot激光器中的普通束缚态。光子产生并限制在有源区。b，在 Fano 激光器中形成的光学 BIC。光子在有源区产生，该区具有连续模式，但主要存储在低损耗无源区。c，Fano BIC 激光器（红实线）和传统Fabry-Pérot激光器（黑实线）的 Q 因子与腔长 L 的计算变化(calculated variation)示例。Fano BIC 激光器的离散模式具有 5.0 × 105 的固有 Q 因子Qv 和 3.0 × 103 的耦合 Q 因子 Qc，而 Fabry-Pérot 激光器由于镜面损耗为 5.0 × 105，因此具有固有 Q 因子 Qm 。两种激光器的腔长L均为5 μm，活性材料损耗率 γi为3.8 × 1010 s-1，腔往返时间1/γin为0.54 ps。蓝色虚线描绘了 Fano BIC 激光频率 ωs 与纳米腔共振 ω0的失谐 δ0 = ω0 − ωs 的计算变化。d，基于 InP 光子晶体 (PhC) 膜结构制造的 Fano BIC 激光器的扫描电子显微镜 (SEM) 图像，具有埋入的异质结构（BH，红色矩形）增益区和光栅耦合器（GC）在末端工作组。比例尺，2 μm。e，光学 Fano BIC 的示意图。f，制造的 Fano BIC 激光器横截面的 SEM 图像，显示了包含 BH 的有源 WG 和无源纳米腔。BH 在器件切割后被蚀刻掉。比例尺，200 nm。
参考文献：Yu, Y., Sakanas, A., Zali, A.R. et al. Ultra-coherent Fano laser based on a bound state in the continuum. Nat. Photon. (2021).
DOI：https://doi.org/10.1038/s41566-021-00860-5
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