随着数据流量的爆炸性增长，市场极度渴求出现能将各种光学组件组合在单个芯片上的混合光子集成电路。
硅是用于光子集成电路(PIC)的出色材料，但在硅中实现高性能激光源仍然具有挑战性。硅上III–V量子点(QD)激光器的单片集成被认为是解决这一问题的一种很有前景的策略。
然而，大多数现有的QD微腔激光器对腔体的变化非常敏感，这从根本上限制了QD微腔激光器的性能。
据了解，近日，在《Light: Science & Applications 》杂志上发表的一篇题为《Room-temperature continuous-wave topological Dirac-vortex microcavity lasers on silicon》的新论文中，香港中文大学孙贤开教授、香港中文大学(深圳)的张昭宇教授和英国伦敦大学学院的陈思铭博士领导的科学家团队，通过实验证明了在同轴硅基上单片生长的InAs/InGaAs QD材料在电信波长下的室温连续波狄拉克涡旋拓扑激光器，在激光技术方面取得了突破。
a、在硅基上外延生长的狄拉克涡旋拓扑激光器的概念图。光子晶体结构被定义在有源层中，并通过部分去除牺牲层来悬浮。b、所实现的拓扑狄拉克涡旋光子晶体腔的倾斜视图扫描电子显微镜图像。比例尺：500 nm。c、包含四堆叠InAs/InGaAs QD层的有源层的横截面明场透射电子显微镜图像。
据悉，该激光器具有拓扑稳健性从而不受外来缺陷和腔体尺寸变化的影响，这有望革新芯片上CMOS兼容的光子和光电子系统的技术。这一突破或为具有拓扑稳健性与多功能性的下一代硅基PIC铺平道路。
狄拉克涡旋态是超导体电子系统中著名的马约拉纳费米子(所谓的“天使粒子”)的数学模拟物，最近被发现是一种对经典波进行紧密和鲁棒限制的新策略。这种方法具有显著的优势，例如比大多数现有光学腔更大的自由光谱范围，这使其成为实现单模表面发射激光器的理想选择。
研究团队利用拓扑绝缘体中的辅助轨道自由度设计并制造了狄拉克涡旋光子晶体激光器。通过这种方式，他们能够控制狄拉克涡旋腔的近场，以获得线性偏振的远场发射。然后，他们在室温下连续波光泵浦下观察到这些腔的垂直激光发射。
狄拉克涡旋拓扑激光器的实验表征。a，狄拉克涡旋激光器的微区荧光光谱随泵浦功率的变化。b，微区荧光光谱强度(紫色点)和线宽(橙色方块)随泵浦强度的变化。c，当泵浦强度为 0.395 kW cm−2时测得的微区荧光光谱。d，激光波长(紫色点)随泵浦强度的变化。e，不同狄拉克涡旋激光器的激光光谱，表明可以实现1300–1370 nm波长范围内的精确调控。
狄拉克涡旋QD激光器的这一突破性成就不仅有望成为下一代硅基光子集成电路的片上光源，而且为探索非厄米性特性、玻色子非线性和量子电动力学等拓扑现象打开了大门。这可能会导致光电子领域的重大进步，并为更高效、更强大的通信技术铺平道路。
