拓扑光子晶体微腔中的Purcell效应与低阈值激光

报告摘要：拓扑光学由于其具有对微扰、缺陷等的鲁棒性最近得到了广泛的关注和研究，并在单向波导和拓扑激光等方面具有潜在的应用前景。这些应用研究主要集中在拓扑边界态上，它们通常具有较大的尺寸。而最近提出的在高阶拓扑绝缘体上存在的零维拓扑角态为缩小拓扑光学的应用尺寸提供了可能，对纳米尺度的拓扑光学器件发展具有重要意义。同时这种拓扑角态也为研究腔量子电动力学提供了一个新的平台。
我们利用二阶拓扑光子晶体上的拓扑角态实现了低阈值的拓扑激光，并通过与单量子点集成实现了单量子点与拓扑角态的弱耦合。基于拓扑角态，我们设计并优化了二维拓扑光子晶体微腔，它具有高品质因子和低模式体积。在实验上，一方面我们利用具有高点密度的量子点作为增益，实现了低阈值的拓扑激光，其阈值约为1 μW，比目前利用拓扑边界态的拓扑激光小三个数量级，为纳米拓扑光学器件的发展和片上集成奠定了基础。另一方面，我们将拓扑微腔与低点密度的量子点集成，观测到单量子点共振时荧光强度增强了约4倍，同时通过测量荧光寿命观测到了自发辐射速率约1.3倍的增强，从而证实了单量子点与拓扑角态的弱耦合，为之后研究拓扑量子光学界面打下了基础。
报告人简介：许秀来，中国科学院物理研究所研究员、课题组长。2005年于剑桥大学卡文迪许实验室获得博士学位，随后在日立剑桥实验室先后担任博士后研究员、终身研究员和高级研究员，同时兼任剑桥大学Clare Hall学院的Research Fellow。2011年入选中国科学院“人才引进计划”。主要研究半导体纳米体系的低维光电物理与器件，探索其在量子信息处理与自旋电子学中的应用。在Nature Physics, Physical Review Letters, Nano Letters, Light: Science & Applications和Laser & Photonics Review等杂志发表文章100余篇。英国物理学会会士。