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作者及机构
该研究由Huachun Deng、Xiong Jiang、Yao Zhang、Yixuan Zeng、Hamdi Barkaoui、Shumin Xiao（通讯作者）、Shaohua Yu（通讯作者）、Yuri Kivshar（通讯作者）和Qinghai Song（通讯作者）合作完成。作者团队来自以下机构：
1. 哈尔滨工业大学（深圳）微纳光电信息系统工业和信息化部重点实验室
2. 鹏城实验室
3. 粤港澳大湾区量子科学中心
4. 澳大利亚国立大学非线性物理中心
5. 山西大学极端光学协同创新中心

研究论文《Chiral Lasing Enabled by Strong Coupling》发表于《Science Advances》期刊，2025年4月9日第11卷，论文编号eads9562。

学术背景
该研究属于纳米光子学（Nanophotonics）领域，聚焦于连续域束缚态（Bound States in the Continuum, BICs）与手性激光的交叉研究。传统手性准BICs依赖于对称性破缺设计，其应用受限于动量空间γ点附近的固定位置。本研究提出通过强耦合机制构造手性准BICs，突破空间限制，实现任意方向的高纯度手性激光发射。研究背景涉及以下关键科学问题：
1. 连续域束缚态的光场局域化能力与高品质因数（Q因子）的调控需求；
2. 手性光学（Chiral Optics）中近场超手性场（Superchiral Fields）与远场圆二色性（Circular Dichroism, CD）的协同增强；
3. 非厄米系统（Non-Hermitian System）中模式耦合对辐射手性的动态调控。

研究目标包括：
- 通过TE（横电模）与TM（横电模）共振的强耦合构建手性准BICs；
- 实现高Q因子（>10,000）与近单位圆二色性（CD≈1）的协同优化；
- 开发可定向发射的手性激光器件。

研究流程与方法
1. 理论建模与数值模拟
- 采用耦合模理论（Coupled Mode Theory）建立非厄米哈密顿量，描述TE/TM共振的相互作用（公式1-5）。
- 通过有限元法（COMSOL Multiphysics）计算光子晶体结构的复频率本征值，分析Q因子与远场辐射特性。
- 创新点：提出相位差（δ）与偏振正交性（β₁, β₂）的协同调控方程（公式5），首次实现模式耦合诱导的手性态（S₃=1）。

1. 超表面设计与制备

   • 结构设计：单元由两个Si₃N₄纳米柱（长轴231 nm，短轴110 nm）以θ=20°夹角排列，旋转角φ调控耦合强度（图1b）。
     
   • 制备工艺：结合电子束光刻（EBL）、反应离子刻蚀（RIE）和旋涂技术，在K9玻璃基底上制备纳米结构，覆盖PMMA掺杂激光染料PM597（厚度370 nm）。
     

2. 光学表征实验

   • 透射光谱测量：使用超连续激光光源与光纤光谱仪，验证手性准BICs的CD值（0.98）和Q因子（2100）。
     
   • 角分辨光致发光：通过520 nm连续激光泵浦，记录CCD耦合单色仪的发射光谱，显示反交叉点（φ=20.5°）处手性发射增强350倍（图3）。
     

3. 激光性能测试

   • 采用532 nm纳秒脉冲激光泵浦，阈值功率密度为135 μJ/cm²。
     
   • 实验结果：激光发射波长582.7 nm，CD值达0.94，最大Q因子13,000（图4）。
     

主要结果
1. 模式耦合效应
- 数值模拟显示，当旋转角φ=20.5°时，TE/TM共振发生反交叉（图1c-d），场分布混合（图1e）。
- 实验验证：透射光谱中LCP光在582.4 nm处出现共振谷，而RCP光几乎无耦合（图2c），证实手性选择性。

1. 手性激光发射

   • 角分辨光谱显示，激光发射集中于0.5°小角度（图4c），与理论预测的动量空间调控能力一致。
     
   • 阈值以上泵浦时，LCP光强度呈超线性增长，RCP光被抑制（图4b）。
     

2. 创新性结论

   • 强耦合机制使手性准BICs的Q因子提升4-5倍（对比传统对称破缺方法）；
     
   • 通过相位匹配实现近场超手性与远场CD的同步优化（公式5）。
     

研究意义
1. 科学价值
- 提出“模式耦合构造手性准BICs”的新范式，突破γ点限制（图1f）；
- 为非厄米光子学中手性-品质因数矛盾提供解决方案。

1. 应用潜力
   
   • 可定制化手性激光器，适用于量子通信、生物传感等领域；
     
   • 为高维光场调控（如轨道角动量）提供新工具。
     

研究亮点
1. 方法创新
- 首次将强耦合理论应用于手性BICs设计；
- 开发复合纳米加工工艺实现亚波长精度控制。

1. 性能突破

   • 实验CD值（0.98）接近理论极限；
     
   • 激光方向性（±0.5°）优于现有手性光源。
     

2. 理论贡献

   • 建立“相位差-偏振正交性-Q因子”的普适关联模型（公式5）。
     

（注：全文共约1500字，涵盖研究全流程的关键细节与创新点。）