Low-threshold Nanolasers Based on Merging BICs in Trapezoidal Gratings

实现低阈值、高性能的纳米激光器是光子集成电路与片上光源领域的挑战之一．连续域束缚态(Bound states in the continuum, BICs)因其理论上无限高的品质因数(Q因子)，可极大增强光-物质相互作用，为实现低阈值纳米激光器提供了有效途径．然而，理想BIC无法被直接激发，实际应用中需通过打破对称性将其转化为准BIC(quasi-BIC)．但准BIC的Q因子对结构参数特别敏感，在实际制备中难以保持良好性能．为此，本文提出基于梯形光栅合并BIC的设计方案，实现了一种低阈值、鲁棒性强的纳米激光．该结构通过打破垂直对称性，在动量空间诱导多个BIC发生合并，从而在较宽波矢范围内实现超高Q因子谐振，降低了对入射角与制备误差的敏感性．通过数值仿真分析其激射响应，计算得到该梯形光栅合并BIC理论纳米激光器的激射阈值可低至0.816 μJ/cm2，低于传统矩形光栅合并BIC．本文数值仿真结果验证了合并BIC在设计低阈值、高稳定性纳米激光器方面的潜在应用价值．