今天，小編要向大家介紹來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）的一對才華橫溢的科研伉儷——宋清海教授與肖淑敏教授。他們不僅在生活中是相互支持的伴侶，而且在科學(xué)研究的道路上也是彼此的最佳搭檔。

宋清海，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）教授，博士生導(dǎo)師，國家自然科學(xué)基金杰出青年項目獲得者。主要研究方向是微納結(jié)構(gòu)中的光場調(diào)控。過去幾年，針對微型激光的出射、模式控制以及其在通信和傳感上的應(yīng)用，展開了系統(tǒng)的研究，獲得了一些光場調(diào)控的新機制、新方法，并拓展了一些微納結(jié)構(gòu)的新應(yīng)用。相關(guān)研究成果在Science、PRL、Nat Comm、Science Advances、Adv Mater、ACS Nano、Nano Lett、LPR、Optica等雜志上發(fā)表論文300余篇，受到了業(yè)內(nèi)同行的好評，并被Science Daily、PhysOrg、Laser Focus World、Optics & Photonics News等國際知名科技傳媒亮點報道40余次。

肖淑敏，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）教授，并榮獲國家杰出青年科學(xué)基金，被深圳市認定為國家級領(lǐng)軍人才。她領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊專注于半導(dǎo)體光學(xué)材料和器件的制備，覆蓋了微納米體系的數(shù)值建模、微納米制備技術(shù)（包括光刻、電子束曝光、反應(yīng)離子刻蝕等）及光學(xué)和電學(xué)表征技術(shù)等多個領(lǐng)域。肖教授近年來在國際學(xué)術(shù)刊物和會議上發(fā)表了140余篇高質(zhì)量原創(chuàng)論文，包括在Nature、Science、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials等重量級期刊上的發(fā)表，多篇論文單篇被引超過200次。她的研發(fā)技術(shù)不僅滿足了“華為XXX器件”的應(yīng)用要求，而且已成功進入量產(chǎn)階段。

沒什么平衡的訣竅，只能是付出更多時間

肖淑敏在接受采訪時談到，認為不該給任何職業(yè)貼上性別標簽，但也不得不承認，女性從事科研工作會比男性面臨更多的挑戰(zhàn)?！坝胁簧倥酝懈医涣鬟^，說放棄科研有很多現(xiàn)實的考慮，比如婚姻、家庭、工作等等，我理解她們的顧慮，但同時也感到十分遺憾?！?/p>

肖淑敏的丈夫宋清海也是哈工大（深圳）一位非常出色的科研工作者，研究成果多次登上《科學(xué)》等頂刊。在旁人看來，這樣的“夫妻檔”可謂琴瑟和鳴，但肖淑敏自己知道，作為妻子、母親，她不得不為家庭和工作的兼顧而付出更多。

“沒什么平衡的訣竅，只能是付出更多時間。”肖淑敏坦言，她和先生每周在實驗室里的工作時間都超過70小時，即使春節(jié)也只在初一、初二休息兩天，初三就又回到實驗室。這樣的節(jié)奏下，還要照顧兩個孩子，肖淑敏只能把自己的時間當(dāng)海綿，擠了又擠。“我的大兒子從3歲到上初中，每天晚上都跟我到實驗室，困了就在這里睡。晚上11點多，我的工作結(jié)束了，再把他帶回家。”談起這樣的細節(jié)，肖淑敏的臉上只有平靜，沒有抱怨，“我跟孩子們說，我們家就是一個團隊，需要每個人的配合才能流暢運轉(zhuǎn)?！?/strong>

同時，肖淑敏也感慨自己是幸運的。因為丈夫是同行，所以對科研工作十分了解且足夠支持。“唯一的問題就是，我們在家里也忍不住探討科研上的問題，有點分不清工作和生活的界限，一點都不浪漫?！?/strong>肖淑敏笑著說：“但其實我和先生的性格比較互補。在科研上，我的膽子比較大，會提出一些突破性的想法，而他則比較謹慎。當(dāng)我出現(xiàn)想放棄的念頭時，往往是他督促我繼續(xù)往前走，將自己開頭的工作去有始有終地處理好。”而這，何嘗不是一種惺惺相惜的浪漫？

“做起科研來，女性和男性是一樣的。即使身為兩個孩子的母親，我肯定會減少一些科研之外的出差、會議，但這都不是問題。身為女性，最重要的是自己不要給自己設(shè)限。”肖淑敏說，她經(jīng)常在朋友圈分享科研工作中的美好瞬間，可能只是學(xué)生在實驗中偶然得到的一個圖像，她也能從中看到美，感受美。這一刻，“女性”不再是被定義的標簽，而是另一種注腳——溫柔且堅定，敏感又堅韌。

今天，這對科研伉儷再度攜手發(fā)《nature》：一種新型激光器——金屬激光器！

集成納米激光器因其在光學(xué)信息處理、通信和醫(yī)療等諸多應(yīng)用中的重要作用，已被探索了數(shù)十年。盡管納米激光器的偏振、軌道角動量和方向性已被成功調(diào)控，但它們的激光波前和輻射特性都無法隨意定制。通常需要更多的光學(xué)元件來進一步改變激光特性，這使得激光系統(tǒng)體積龐大，并受到不可避免的散斑噪聲的限制。在此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）宋清海教授、肖淑敏教授、澳大利亞國立大學(xué)Yuri Kivshar教授以及鵬程實驗室余少華院士提出并實現(xiàn)了一種新型激光器——金屬激光器，它利用了介電共振超表面局域和非局域響應(yīng)之間的相互作用。激光模式受平面結(jié)構(gòu)中超原子之間的非局域相互作用限制，光束波前由局部變化的偶極動量精確整形。因此，金屬激光器的發(fā)射可以直接呈現(xiàn)任何所需的輪廓，包括焦斑、焦線、矢量光束、渦旋光束甚至全息圖。值得注意的是，金屬激光器的散射波不像激光模式那樣經(jīng)歷共振放大，而是弱了幾個數(shù)量級。因此，該金屬激光器全息圖中的散斑噪聲可以忽略不計，為傳統(tǒng)激光全息圖中的散斑噪聲問題提供了可行的解決方案。這一發(fā)現(xiàn)豐富了我們對激光器的理解，并提升了其在各種光學(xué)和光子應(yīng)用中的性能。

【工作原理與數(shù)值模擬】

金屬激光器（metalasers）采用 Si?N? 納米圓盤構(gòu)成的方陣超表面（晶格常數(shù) a = 360 nm，圓盤半徑 R = 135 nm，高度 h = 150 nm），每個圓盤內(nèi)刻蝕半徑 20 nm、離心距 L = 60 nm 的小孔，并覆蓋 250 nm 厚、摻染料 PM597 的 PMMA 增益層。當(dāng)孔偏心度 r = 0 時，陣列支持橫電（TE）型連續(xù)譜束縛態(tài)（BIC），其面內(nèi)非輻射特性賦予超高 Q（>10?）且位于染料增益窗口內(nèi)。引入偏心小孔可將 BIC 轉(zhuǎn)化為高 Q 的準 BIC，同時在圓盤邊緣誘導(dǎo)平面內(nèi)電偶極，其方向由孔旋轉(zhuǎn)角 θ 決定，因此每個元原子對圓/左圓偏振分量施加潘加勒–貝利（幾何）相位 φ = σθ (σ = ±1)。由于準 BIC 場在陣列內(nèi)幾乎均勻，相鄰圓盤的傳播相位差固定為 2mπ，遠場波前完全由寫入的幾何相位圖控制。

圖 1. 金屬激光器的概念

【金屬激光器的實驗演示】

研究團隊在 K9 玻璃上沉積 150 nm 低損 Si?N?，并采用 2 nm 步進的電子束曝光（角度精度≈2.7°）與 ICP 氯刻蝕制備 36 μm × 36 μm 超表面，隨后旋涂摻 PM597 的 PMMA。采用 532 nm、10 ns Nd:YAG 脈沖泵浦：低通量時觀察到 567 nm 寬帶自發(fā)輻射；泵浦密度超過約 275 μJ cm?2 時出現(xiàn)單一激射峰 569.9 nm，F(xiàn)WHM 收窄至 0.15 nm，實驗 Q ≈ 3 700，與未調(diào)節(jié)角度的參考樣品無差別，證明局部幾何相位調(diào)制不損傷諧振腔。光輸出–光輸入曲線呈典型 S 形，400 μJ cm?2 以上趨于飽和。

圖 2. 金屬激光器的實驗演示

【全息之外的多樣波束整形】

同一平臺可編碼常規(guī)折射或衍射位相。圖 3 體現(xiàn)了此多功能性：二次相位 (φ ∝ x2 + y2) 在 97.2 μm 處形成衍射極限聚焦點（圖3a）；柱面相位產(chǎn)生 88.2 μm 的焦線（圖3b）；鋸齒線性相位使圓偏振激光分別偏轉(zhuǎn) ±10°，保持高自旋純度（圖3c）；疊加 10π 螺旋相位將其轉(zhuǎn)化為拓撲荷 l = ±5 的渦旋激光，并以叉型干涉圖驗證。所有器件均為單模激射，線寬 < 0.2 nm（圖3d）。

圖 3. 具有可控發(fā)射分布的金屬激光器

【無散斑金屬激光器全息圖】

傳統(tǒng)激光照明的元全息因結(jié)構(gòu)無序散射而出現(xiàn)斑點。金屬激光器中，諧振模式外的散射路徑不被增益放大，因而噪聲大幅抑制。實驗表明：泵浦剛過閾值時仍有噪聲，但達 1.5 P?? 時，“ψ”圖像顯著平滑。

圖 4. 高質(zhì)量無散斑激光全息圖

【總結(jié)】

本研究提出的金屬激光器——基于準 BIC 高 Q 腔并結(jié)合局部幾何相位編碼——可在保持腔性能的同時對輸出波前進行任意調(diào)控。實驗中實現(xiàn)了復(fù)雜全息、聚焦、矢量及渦旋光束，樣品厚度僅 150 nm，Q ≈ 3.7 × 103，獲得 SNR ≥ 16、邊緣銳度 1.4 × 103 mm?1 的無散斑全息圖。其關(guān)鍵是將非局域增益反饋與局域相位控制解耦，使結(jié)構(gòu)擾動僅塑形相位而幾乎不影響諧振。該原理適用于更高折射率材料、電泵增益或可重構(gòu)相變層，預(yù)示可編程、超緊湊光源在投影顯示、光互連、片上傳感及量子光子學(xué)中的廣闊應(yīng)用。通過內(nèi)部集成波束整形，金屬激光器把傳統(tǒng)“激光+光學(xué)”架構(gòu)壓縮為單層納米光子結(jié)構(gòu)，并在全息領(lǐng)域首次同步消除散斑而不犧牲相干性，這一突破有望重新定義片上相干光源的生成與應(yīng)用方式。

編輯、審核：大可

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