哈工大最美爱情，夫妻双杰青，携手发Nature！

今天，小编要向大家介绍来自哈尔滨工业大学（深圳）的一对才华横溢的科研伉俪——宋清海教授与肖淑敏教授。他们不仅在生活中是相互支持的伴侣，而且在科学研究的道路上也是彼此的最佳搭档。

宋清海，哈尔滨工业大学，教授，博士生导师，国家自然科学基金杰出青年项目获得者。主要研究方向是微纳结构中的光场调控。过去几年，针对微型激光的出射、模式控制以及其在通信和传感上的应用，展开了系统的研究，获得了一些光场调控的新机制、新方法，并拓展了一些微纳结构的新应用。相关研究成果在Science、PRL、Nat Comm、Science Advances、Adv Mater、ACS Nano、Nano Lett、LPR、Optica等杂志上发表论文300余篇，受到了业内同行的好评，并被Science Daily、PhysOrg、Laser Focus World、Optics & Photonics News等国际知名科技传媒亮点报道40余次。

肖淑敏教授同样在哈尔滨工业大学（深圳）担任教授，并荣获国家杰出青年科学基金，被深圳市认定为国家级领军人才。她领导的研究团队专注于半导体光学材料和器件的制备，覆盖了微纳米体系的数值建模、微纳米制备技术（包括光刻、电子束曝光、反应离子刻蚀等）及光学和电学表征技术等多个领域。肖教授近年来在国际学术刊物和会议上发表了140余篇高质量原创论文，包括在Nature、Science、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials等重量级期刊上的发表，多篇论文单篇被引超过200次。她的研发技术不仅满足了“华为XXX器件”的应用要求，而且已成功进入量产阶段。

没什么平衡的诀窍，只能是付出更多时间

肖淑敏在接受采访时谈到，认为不该给任何职业贴上性别标签，但也不得不承认，女性从事科研工作会比男性面临更多的挑战。“有不少女性同行跟我交流过，说放弃科研有很多现实的考虑，比如婚姻、家庭、工作等等，我理解她们的顾虑，但同时也感到十分遗憾。”

肖淑敏的丈夫宋清海也是哈工大（深圳）一位非常出色的科研工作者，研究成果多次登上《科学》等顶刊。在旁人看来，这样的“夫妻档”可谓琴瑟和鸣，但肖淑敏自己知道，作为妻子、母亲，她不得不为家庭和工作的兼顾而付出更多。

“没什么平衡的诀窍，只能是付出更多时间。”肖淑敏坦言，她和先生每周在实验室里的工作时间都超过70小时，即使春节也只在初一、初二休息两天，初三就又回到实验室。这样的节奏下，还要照顾两个孩子，肖淑敏只能把自己的时间当海绵，挤了又挤。“我的大儿子从3岁到上初中，每天晚上都跟我到实验室，困了就在这里睡。晚上11点多，我的工作结束了，再把他带回家。”谈起这样的细节，肖淑敏的脸上只有平静，没有抱怨，“我跟孩子们说，我们家就是一个团队，需要每个人的配合才能流畅运转。”

同时，肖淑敏也感慨自己是幸运的。因为丈夫是同行，所以对科研工作十分了解且足够支持。“唯一的问题就是，我们在家里也忍不住探讨科研上的问题，有点分不清工作和生活的界限，一点都不浪漫。”肖淑敏笑着说：“但其实我和先生的性格比较互补。在科研上，我的胆子比较大，会提出一些突破性的想法，而他则比较谨慎。当我出现想放弃的念头时，往往是他督促我继续往前走，将自己开头的工作去有始有终地处理好。”而这，何尝不是一种惺惺相惜的浪漫？

“做起科研来，女性和男性是一样的。即使身为两个孩子的母亲，我肯定会减少一些科研之外的出差、会议，但这都不是问题。身为女性，最重要的是自己不要给自己设限。”肖淑敏说，她经常在朋友圈分享科研工作中的美好瞬间，可能只是学生在实验中偶然得到的一个图像，她也能从中看到美，感受美。这一刻，“女性”不再是被定义的标签，而是另一种注脚——温柔且坚定，敏感又坚韧。

今天，这对科研伉俪再度携手发《nature》：一种新型激光器——金属激光器！

集成纳米激光器因其在光学信息处理、通信和医疗等诸多应用中的重要作用，已被探索了数十年。尽管纳米激光器的偏振、轨道角动量和方向性已被成功调控，但它们的激光波前和辐射特性都无法随意定制。通常需要更多的光学元件来进一步改变激光特性，这使得激光系统体积庞大，并受到不可避免的散斑噪声的限制。在此，哈尔滨工业大学（深圳）宋清海教授、肖淑敏教授、澳大利亚国立大学Yuri Kivshar教授以及鹏程实验室余少华院士提出并实现了一种新型激光器——金属激光器，它利用了介电共振超表面局域和非局域响应之间的相互作用。激光模式受平面结构中超原子之间的非局域相互作用限制，光束波前由局部变化的偶极动量精确整形。因此，金属激光器的发射可以直接呈现任何所需的轮廓，包括焦斑、焦线、矢量光束、涡旋光束甚至全息图。值得注意的是，金属激光器的散射波不像激光模式那样经历共振放大，而是弱了几个数量级。因此，该金属激光器全息图中的散斑噪声可以忽略不计，为传统激光全息图中的散斑噪声问题提供了可行的解决方案。这一发现丰富了我们对激光器的理解，并提升了其在各种光学和光子应用中的性能。

【工作原理与数值模拟】

金属激光器（metalasers）采用 Si₃N₄ 纳米圆盘构成的方阵超表面（晶格常数 a = 360 nm，圆盘半径 R = 135 nm，高度 h = 150 nm），每个圆盘内刻蚀半径 20 nm、离心距 L = 60 nm 的小孔，并覆盖 250 nm 厚、掺染料 PM597 的 PMMA 增益层。当孔偏心度 r = 0 时，阵列支持横电（TE）型连续谱束缚态（BIC），其面内非辐射特性赋予超高 Q（>10⁵）且位于染料增益窗口内。引入偏心小孔可将 BIC 转化为高 Q 的准 BIC，同时在圆盘边缘诱导平面内电偶极，其方向由孔旋转角 θ 决定，因此每个元原子对圆/左圆偏振分量施加潘加勒–贝利（几何）相位 φ = σθ (σ = ±1)。由于准 BIC 场在阵列内几乎均匀，相邻圆盘的传播相位差固定为 2mπ，远场波前完全由写入的几何相位图控制。

图 1. 金属激光器的概念

【金属激光器的实验演示】

研究团队在 K9 玻璃上沉积 150 nm 低损 Si₃N₄，并采用 2 nm 步进的电子束曝光（角度精度≈2.7°）与 ICP 氯刻蚀制备 36 µm × 36 µm 超表面，随后旋涂掺 PM597 的 PMMA。采用 532 nm、10 ns Nd:YAG 脉冲泵浦：低通量时观察到 567 nm 宽带自发辐射；泵浦密度超过约 275 µJ cm⁻² 时出现单一激射峰 569.9 nm，FWHM 收窄至 0.15 nm，实验 Q ≈ 3 700，与未调节角度的参考样品无差别，证明局部几何相位调制不损伤谐振腔。光输出–光输入曲线呈典型 S 形，400 µJ cm⁻² 以上趋于饱和。

图 2. 金属激光器的实验演示

【全息之外的多样波束整形】

同一平台可编码常规折射或衍射位相。图 3 体现了此多功能性：二次相位 (φ ∝ x² + y²) 在 97.2 µm 处形成衍射极限聚焦点（图3a）；柱面相位产生 88.2 µm 的焦线（图3b）；锯齿线性相位使圆偏振激光分别偏转 ±10°，保持高自旋纯度（图3c）；叠加 10π 螺旋相位将其转化为拓扑荷 l = ±5 的涡旋激光，并以叉型干涉图验证。所有器件均为单模激射，线宽 < 0.2 nm（图3d）。

图 3. 具有可控发射分布的金属激光器

【无散斑金属激光器全息图】

传统激光照明的元全息因结构无序散射而出现斑点。金属激光器中，谐振模式外的散射路径不被增益放大，因而噪声大幅抑制。实验表明：泵浦刚过阈值时仍有噪声，但达 1.5 Pₜₕ 时，“ψ”图像显著平滑。

图 4. 高质量无散斑激光全息图

【总结】

本研究提出的金属激光器——基于准 BIC 高 Q 腔并结合局部几何相位编码——可在保持腔性能的同时对输出波前进行任意调控。实验中实现了复杂全息、聚焦、矢量及涡旋光束，样品厚度仅 150 nm，Q ≈ 3.7 × 10³，获得 SNR ≥ 16、边缘锐度 1.4 × 10³ mm⁻¹ 的无散斑全息图。其关键是将非局域增益反馈与局域相位控制解耦，使结构扰动仅塑形相位而几乎不影响谐振。该原理适用于更高折射率材料、电泵增益或可重构相变层，预示可编程、超紧凑光源在投影显示、光互连、片上传感及量子光子学中的广阔应用。通过内部集成波束整形，金属激光器把传统“激光+光学”架构压缩为单层纳米光子结构，并在全息领域首次同步消除散斑而不牺牲相干性，这一突破有望重新定义片上相干光源的生成与应用方式。

来源：高分子科学前沿

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