哈尔滨工业大学的肖淑敏教授课题组利用有机-无机复合卤化铅钙钛矿材料获得了拥有高方向性出射并且拓扑荷数可控的片上涡旋激光器。

钙钛矿片上激光器件已经逐步在片上光源、生物检测以及光计算等领域崭露头角。然而，当前研究进程中大多数的钙钛矿激光器都是拥有均匀波前的线性偏振激光，很少有研究针对携带轨道角动量的钙钛矿涡旋激光器件。这阻碍了钙钛矿材料在下一代光通信中的应用。

涡旋激光是一种相位呈螺旋形围绕光轴旋转的光束，其重要特征就是光束中心存在相位奇点。其螺旋形的相位能够衍生出光学操纵、光路复用等多方面的应用。当前研究中普遍应用空间光调制的方法产生携带螺旋相位的涡旋激光，然而空间光调制的方法不甚适合片上集成化的激光器件，在当前全球网络容量呈指数增长的情况下，片上集成化的涡旋激光器件能够成为解决问题的有效方法之一。

图1. 钙钛矿涡旋激光示意图和纳米结构SEM图

近日，哈尔滨工业大学（深圳）肖淑敏教授团队将甲氨基溴化铅钙钛矿薄膜制备加工成类牛眼圆环光栅结构进而实现垂直面发射激光。其原理如图1所示，在石英玻璃基底上制备高质量甲氨基溴化铅钙钛矿薄膜，利用微纳米加工获得所设计的纳米结构，并进行封装。成功实现了发散角低至3°的垂直面发射激光。并在此基础上，将类牛眼圆环光栅进一步改变成螺旋线光栅，面发射激光成功携带了轨道角动量信息。具体实验结果展示在图2中。

可以从图2中看出，该团队将钙钛矿薄膜加工成了臂数可调的螺旋形光栅，并且不同臂数的螺旋线光栅对应着相应的拓扑荷数变化。其后焦面远场激光光斑如图2（b）所示，呈现出圆环形状。图2（c）中表征了涡旋激光光束的自相干干涉结果，可以清晰的看出不同拓扑荷数的涡旋激光对应着相应数量的干涉条纹交叉，这正能够证明相位奇点的存在。这样，拓扑荷数可控的片上集成钙钛矿涡旋激光的得以实现。

图2. 0-4阶钙钛矿涡旋激光及其远场自相干干涉和相位分布图

该工作发表在Nature Communication上，该文章的第一作者为哈尔滨工业大学（深圳）博士孙文钊，通讯作者为肖淑敏教授。这项研究得到了国家重点研究发展计划（2018YFB2200400），国家自然科学基金（11974092、61975041、91850204、11934012）和国家自然科学基金深圳基础研究JCYJ20180507183532343，JCYJ20180507184613841的资助。

该论文的作者为：Wenzhao Sun, Yilin Liu, Geyang Qu, Yubin Fan, Wei Dai, Yuhan Wang, Qinghai Song, Jiecai Han, Shumin Xiao。

Lead halide perovskite vortex microlasers（DOI：）