纳米孔垂直腔面发射激光器进展综述：高强度与高光束聚焦

本文回顾了纳米孔径垂直腔面发射激光器（VCSEL）的最新进展。自从传统的圆形和方形孔径发展到独特的C形、H形、I形和弓形孔径设计后，纳米孔径VCSEL在性能上取得了显著提升。设计方面，研究人员关注的是如何通过精细的微纳结构设计来优化光束的质量，包括提高近场强度和光束局域化，从而实现更高的光学密度和更小的光斑尺寸。 纳米孔径的设计不仅影响了光的传播特性，还对激光器的光强度分布产生了直接影响。通过创新的孔型，如C形孔，能够控制激光束的方向性，减少衍射损失，提高激光的单模性。H形和I形孔则提供了更多的自由度来调整光束模式，这对于精密光操控和高精度应用至关重要。而弓形孔设计可能进一步提升了光束的聚焦能力，减少了光功率的扩散，从而增强了激光器的性能。 在制造工艺上，纳米孔径的实现依赖于先进的微电子和光刻技术，例如利用EUV光刻或者原子层沉积等方法精确地在VCSEL基板上创建这些微小结构。这些技术的发展使得纳米级的孔径控制成为可能，同时也对材料选择和加工精度提出了极高的要求。 至于极化控制，纳米孔径VCSELs的研究者们也积极探索新的策略。由于孔径形状的不同，可能会对光的传播方向和极化状态产生影响。通过调整孔径的几何参数和衬底材料，可以有效地控制激光的线偏振或圆偏振，这对于某些应用，如光纤通信和光学数据存储，是至关重要的。 近场光学系统和应用是纳米孔径VCSEL的一大亮点。由于其具有小于100纳米的光斑尺寸，这些激光器被广泛视为实现新型生物成像、纳米尺度光刻、光催化和量子计算等领域的重要工具。它们可以提供前所未有的分辨率，用于检测和操纵单个分子或细胞，极大地扩展了光学科学技术的边界。 总结来说，纳米孔径VCSEL的研究正在迅速推进，通过不断优化设计、改进制造工艺和探索新型极化控制策略，这种高密度、高强度的紧凑光源有望在未来推动众多前沿科技领域的突破。随着研究的深入，我们可以期待纳米孔径VCSEL在更广泛的光子学应用中发挥关键作用。