图1. 莫尔纳米激光阵列以“中国”图形生成阵列化相干激射示意图。

课题组通过将两套扭转的光子晶体晶格加工在同一层半导体薄膜，得到光学莫尔超晶格结构。结构中的非局域Bloch模式通过莫尔倒格矢产生耦合，形成实空间局域的本征模式。在能带中这些局域的本征模式对应于莫尔平带。纳米激光阵列的实空间和动量空间电场强度分布由傅里叶变换相互联系，动量空间分布通过能带结构对应出频率分布，莫尔平带保证了频率的简并性，使得任意形状纳米激光阵列的相干激射成为可能（图2，图3）。

图2. 莫尔平带的本征能量简并特性使得任意形状纳米激光阵列的相干激射成为可能。纳米激光阵列的实空间和动量空间电场强度分布由傅里叶变换相互联系，动量空间分布通过能带结构对应出频率分布，莫尔平带保证了频率的简并性。

图3. 莫尔纳米激光阵列以“P”、“K”、“U”和 “中”、“国”图形生成阵列化相干激射。由于莫尔平带的本征能量简并特性，任意形状的莫尔纳米激光阵列均能够通过自发相位锁定产生相干激射。图中标尺均为10微米。

以U形状纳米激光阵列为例，通过自发相位锁定产生相干激射的U形状纳米激光阵列具有更高的空间和频谱相干性，表现为动量空间更为局域的方向性出射和频谱空间良好的单模激射等非相干激射阵列所不具有的特性（图4）。

图4. U形莫尔纳米激光阵列相干特性。（a）扫描电子显微镜照片，橙色六边形标出了构成U形的17个莫尔纳米激光；（b）相干阵列的二阶强度关联函数随泵浦功率变化图；（c）输出功率随输入功率变化图；（d-f）相干阵列激射的实空间图案（d）、动量空间图案（e）和光谱（f）；（g-i）作为对比器件的非相干阵列激射的实空间图案（g）、动量空间图案（h）和光谱（i）。

课题组还进一步对纳米激光的相对相位进行控制，实现了相控阵纳米激光阵列。图5展示了具有不同相对相位分布的4个纳米激光阵列实空间和动量空间图案。图中标“+”和“−”的纳米激光之间相差180度的相位，这些相位分布决定了4个纳米激光器阵列具有不同的出射方向分布。

图5. 相控阵纳米激光阵列。（a-d）基模（a）、一阶模（b）、二阶模（c）、三阶模（d）的实空间激射图案，标“+”和“−”的纳米激光之间相差180度的相位；（e）基模、一阶模、二阶模、三阶模中心Г点的角分辨强度分布图。