2025年11月，丁舒宁在期刊《Optics Letters》上发表了题为“Single mode lasing

and spectral narrowing in a photonic crystal line-defect cavity via spatially selected Bloch modes ”的研究论文。

研究背景与概述：

随着芯片间通信带宽需求的不断增长，具有高调制速度和小器件尺寸的单色光源对于光子集成电路的小型化变得愈发重。在这一背景下，光子晶体激光器以其小尺寸、低阈值且易于与硅光平台兼容等特性，有望成为未来片上的理想光源，与传统的DFB或外腔激光器相比，光子晶体（PhC）激光器在空间模式约束和能量局域方面展现出独特潜力。虽然光子晶体微腔激光器兼具高品质因数和小模式体积等优点，但由于光子晶体腔通常只有微米级的载流子储存区，其激射过程中往往伴随严重的增益饱和及慢光效应导致的布洛赫模之间的模式竞争，产生多模激光，这阻碍了光子晶体激光器的密集集成。为实现对光子晶体激光器模式的有效操控，目前提出了大量纳米光子学方法包括引入分布反馈光栅、耦合腔结构、PT 对称性破缺和空间注入等，但这些方法通常需要精密的工艺步骤或特殊的结构设计。

最近提出的一种基于真空电磁场调控的量子光学选模方法，无需对腔体结构进行特殊设计，只需泵浦光干涉的空间分布与所选激射模式的场分布完全匹配，理论上就可在Fabry-Pérot 型微腔中实现超过 40 dB 的边模抑制比。然而，该方法要求空间分辨率达到波长级甚至更高，以精确匹配模式分布，如此精细的波长调制在实验上非常困难。此前仅在微瓶激光器上观察到当干涉图样中的某一条条纹精确重叠于微瓶腔的赤道位置时，才会出现单模激射。相比之下，在光子晶体线缺陷微腔中，这种对空间分辨率的严格要求得以放宽，因为 PhC 的周期性结构会改变电磁场分布，形成布洛赫波，其节点尺寸远大于激光波长。由此可以构建一组低阶 Fabry-Pérot 模式，这些模式满足 Fabry-Pérot 谐振的往返相位条件，并共享布洛赫波的低群速度特性，仅需使泵浦光干涉图样与慢光区域布洛赫模式的空间分布重叠，就可在PhC 激光器中实现类似的模式选择效果。

数值模拟结果表明，当光学干涉注入的空间分布与布洛赫模的慢变包络场良好匹配时，可实现边模抑制比高达 30 dB 的单模激射，同时伴随更窄的谱线宽和优异的噪声特性。通过将真空电磁场的量子光学概念引入基于行波速率方程的半经典模型，布洛赫模选择方法展现出一种新颖且可行的模式调控手段。该方法不仅能够在周期性光子晶体结构中有效实现半导体激光器的模式控制，也为光子晶体、拓扑光子学及其他纳米光子学领域提供了重要的设计思路与潜在应用价值。