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傳統光子晶體面發射激光器（PCSEL）通常依靠周期性排列的光子晶體圖案調控激光，但固定的排列方式也給器件設計帶來限制。美國伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校研究人員改變了思路，不再讓光子晶體整齊地重復排列，而是引入准周期結構，並將其嵌入半導體內部。實驗顯示，這種新型准周期光子晶體面發射激光器（QPCSEL）能在室溫下發射激光，為開發更加靈活、性能更加穩定的半導體激光器提供了新思路。相關研究發表於最新一期《應用物理快報》雜志。

PCSEL是一種先進的半導體激光器，過去20年來一直受到關注，並在國防、航空航天等領域展現出應用潛力。然而，傳統PCSEL中的光子晶體通常按照固定周期重復排列。研究人員可以針對某一種需求優化圖案，但要改變器件的光學特性，往往需要重新設計和制造一套不同幾何結構的光子晶體。

此次研究中，研究人員借鑒了其他領域非重復、具有拓扑保護特征的圖案設計方法，將其引入團隊此前開發的“埋置式介電層”制造平台。傳統光子晶體通常需要在半導體材料中刻蝕出微小孔洞，而此次研究採取了不同路線。他們先對二氧化硅層進行刻蝕，形成所需圖案，再在其上外延生長半導體材料，將二氧化硅圖案“埋”進器件內部。

這樣一來，原本規則重復的光子晶體變成了准周期結構，同時被嵌入半導體內部。實驗結果顯示，這種結構能夠在室溫下實現激光發射。

研究人員表示，目前這一平台的主要優勢在於埋置式介電光子晶體圖案具有較高的靈活性和均勻性。光子晶體並不一定非要按照一種固定方式排列，研究人員可以更加自由地設計圖案，通過改變器件內部的折射率分布來獲得所需要的激光特性。研究團隊表示，傳統制造方式通常一次只能生成一種結構，而新的平台有望在同一塊襯底上組合不同結構，從而制造出更加可靠、性能更好的激光器。（記者張佳欣）