图 利用莫尔光学平带实现可重构相干纳米激光阵列
在国家自然科学基金项目（批准号：12225402、91950115、11774014、62321004）等资助下，北京大学物理学院马仁敏教授课题组在纳米激光阵列的相干控制研究中取得进展。他们通过对莫尔纳米激光阵列进行相位锁定和控制，首次实现了可重构相干纳米激光阵列。该成果以“相位同步可重构莫尔纳米激光阵列（Reconfigurable moiré nanolaser arrays with phase synchronization）”为题，于2023年12月14日在《自然》杂志刊发。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06789-9。
激光可使光场在时间、频率、空间或动量维度具有更小的分布范围。例如，在时间维度具有极小分布范围可以得到阿秒激光（2023年诺贝尔物理学奖）。纳米激光可使光场在空间维度具有极小的分布范围，是目前体积最小的相干光源。如果可将多个纳米激光构成阵列，并对各个纳米激光进行相位锁定和控制，则可获得形状和出射方向皆可调的相干激射阵列，从而开拓纳米激光在激光雷达、激光显示、相干计算和通信等领域的应用。然而由于缺乏相应的物理机制，目前已报道的纳米激光只能实现单个或固定阵列的相干激射。
北京大学马仁敏课题组在国际上首次实现了可重构相干纳米激光阵列，展示了纳米激光能够以“P”“K”“U”和“中”“国”等图形生成可重构的阵列化相干激射（图）。这项工作基于其课题组提出的魔角纳米激光原理与技术。2021年，马仁敏课题组提出了莫尔纳米激光的概念，利用莫尔光学平带局域光场构建了高性能纳米激光。最新的研究工作进一步利用莫尔平带本征能量简并的特性实现了莫尔纳米激光阵列的相位锁定和控制，使其能够生成任意形状的阵列化相干激射；阵列中纳米激光之间的相对相位还可进行精确调控，从而控制其出射方向。
该工作突破了纳米激光仅能实现单个或固定阵列相干激射的限制，首次实现了纳米激光阵列的可重构相干控制，是纳米激光物理与器件的关键一步，不仅对在其它有源系统中实现可重构功能具有重要的指导意义，同时也为纳米激光走向实际应用奠定了重要基础。