发挥所有角度：用于方向可调激光的高对比度光栅结构

激光在从电信和遥感到医学的多个领域都有应用。人们可以通过多种方式从设备或材料中产生激光发射或激光。因此，有许多类型的激光器具有不同的工作原理。

实现高能效激光的一种新兴且有前途的方法是利用所谓的“连续体中的束缚态”(BIC)。简单来说，这些状态描述的波在空间中保持高度局域化，但与非局域化的连续波谱(行波)共存。当处理光、电磁波时，BIC 可以通过仔细设计限制周期结构的几何形状来实现。

尽管科学家们已经报道了几种基于 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。这种限制阻碍了在需要调整发射光束角度的应用中使用此类 BIC 激光器。

为了解决这个问题，国立阳明交通大学 (NYCU) 的一个研究团队最近设计了一种新型 BIC 激光设备，其激光方向可以轻松调整。他们的研究发表在Advanced Photonics上，由纽约大学光子学系特聘教授 Tien-Chang Lu 领导。

Lu 表示，促使团队创造这种新型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，激光扫描主要是使用机械或微机电镜完成的，这些镜体积大、价格昂贵，而且在崎岖的道路条件下可能不可靠，”他解释道。“许多人正在努力构建一个真正的固态激光雷达系统，可以消除这些机械反射镜，同时满足对光束控制能力的需求。”

拟议的 BIC 激光器设计恰恰满足了这种对光束可控性的需求。在他们的工作中，该团队精心设计了一种可产生 Friedrich-Wintgen BIC (FW-BIC) 的设备几何结构。这种类型的 BIC 起源于位于同一腔中并在同一发射通道上辐射的两个共振态(能量状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处表现为连续态)的耦合。创建 FW-BIC 的主要条件是来自这些共振的辐射应该在远场(即远离设备)区域相互破坏性地干扰，确保它们的能量必然被困在腔内。简单的说，

但是 FW-BIC 如何帮助开发定向激光器呢?为了找到答案，研究人员使用一维悬浮高对比度光栅结构构建了一个激光腔，该结构产生了 FW-BIC。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，进而改变发射光束的方向。这个迷人的特性提供了一种非常精确地改变发射角度的直接方法。

“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 BIC 激光器实​​验证明的最大角度，”Lu 强调说。“此功能还提供了更大的灵活性，并且可以让我们设计一个用于多角度激光的激光阵列，视场高达 80°。这将是固态激光雷达应用的理想功能。”

该团队对他们提出的光束控制解决方案寄予厚望，该解决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。希望所提出的设计能够促进大规模、高分辨率激光扫描系统的发展，并将其应用于激光雷达和 3D 传感。

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