创新的方向可调谐激光器设计实现了LiDAR应用和3D传感所需的光束转向性。资料来源：国立阳明交通大学的T.C. Lu

激光在多个领域都有应用，从电信、遥感到医学。有许多方法可以从一个设备或材料中产生激光发射，或发光。因此，有许多类型的激光器有不同的工作原理。

一种新兴的、有前途的方法是通过利用所谓的 "连续体中的束缚状态"（BICs）来实现具有高能效的照明。简单地说，这些状态描述了在空间中保持高度本地化的波，但与非本地化的连续波谱（行波）共存。在处理光这种电磁波时，BICs可以通过精心设计约束性周期结构的几何形状来实现。

尽管科学家们已经报道了一些类型的基于BIC的激光器，但它们中的大多数只能在远离设备表面的完全或几乎完全垂直的方向上发射光束。这一限制阻碍了这种BIC激光器在需要调整发射光束角度的应用中的使用。

为了解决这个问题，来自台湾国立阳明大学（NYCU）的一个研究小组最近设计了一个新的BIC激光器设备，其发光方向可以很容易地调整。他们的研究发表在《高级光子学》上，由纽约大学光子学系特聘教授卢天章领导。

据Lu说，促使该团队创造这种新的定向激光器的主要原因之一是它在激光雷达系统中的潜在用途。"在目前的激光雷达技术中，激光光扫描主要是使用机械或微机电镜来完成的，这些镜子体积庞大，价格昂贵，而且在崎岖的道路条件下可能不可靠，"他解释说。"许多人正在努力建立一个真正的固态激光雷达系统，可以消除这些机械镜，但又能满足对光束转向能力的需求。"

拟议的BIC激光器设计正是解决了这种对光束转向能力的需求。在他们的工作中，该团队精心设计了一个能产生弗里德里希-温特根BIC（FW-BIC）的设备几何形状。这种类型的BIC起源于驻留在同一腔体中并在同一发射通道上辐射的两个共振态（在共振能量附近表现为束缚态但在远离共振能量的能量上表现为连续态）的耦合。创建FW-BIC的主要条件是，来自这些共振的辐射应在远场（即远离设备）区域内相互进行破坏性干扰，确保它们的能量必然被困在腔体内。简单地说，FW-BIC激光器件中所包含的光被强烈地限制住了，并随着时间的推移经历了非常小的衰减（意味着高Q因子），为达到发光条件提供了一个完美的环境。

但是，FW-BIC是如何帮助开发一个定向激光器的？为了找出答案，研究人员利用产生FW-BIC的一维悬浮高对比度光栅结构构造了一个激光腔。他们发现，改变这种光栅的几何形状会影响FW-BIC的耦合模式，并反过来改变发射光束的方向。这一迷人的特性提供了一种直接的方法来非常精确地改变发射角度。

"在我们的实验中，我们可以在很宽的范围内调整发射角，特别是从-40°到+40°，这是实验中证明的BIC激光器的最大角度，"Lu强调说。"这一特点也提供了更大的灵活性，可以让我们设计一个多角度的激光阵列，其视野可达80°。这将是固态激光雷达应用的一个理想功能。"

该团队对他们提出的光束转向解决方案寄予厚望，该方案不需要任何外部无源元件来调制发射角度，从而实现更高的功率效率。希望所提出的设计将带来大规模、高分辨率的激光扫描系统的发展，并应用于激光雷达和三维传感。

本文由光电查搜集整理，未经同行评议，请自行判断可信度。仅供学习使用。