近日，周陶杰副教授团队在拓扑激光器研究领域取得进展，相关成果以“Defect-evolved quadrupole higher-order topological nanolasers”为题发表于国际顶刊《Nature Communications》。华南理工大学为该研究工作唯一完成单位，微电子学院2024级博士研究生郭胜群为论文第一作者，周陶杰副教授为论文独立通讯作者，相关器件的制备与测试依托华南理工大学微纳电子平台完成。
Introduction
光通讯波段半导体激光器是高速光通讯、片上光互连等领域的核心器件。受紧凑型片上集成器件需求的驱动，激光器的小型化已成为该领域长期的研究主题。半导体纳米激光器因其超高集成度、超低功耗和高调制速率等特点，有望为光子芯片提供高密度集成相干光源。近年来，凝聚态物理所构思的拓扑态概念扩展至光子学领域，拓扑光子晶体激光器成为激光器及纳米光子学领域的研究热点，拓扑光子晶体结构赋予了新颖的光场调控机制，推动了新型半导体激光器的发展。
此项工作提出利用几何缺陷调控光子四极子拓扑。研究以四方晶格光子晶体为初始体系，通过在原始气孔对角处引入结构缺陷，实现对光子晶体拓扑性质的调控。在此基础上，通过不同缺陷演化方向的光子晶体域构建四极子拓扑光子晶体纳米腔，由此支持束缚于器件中央的高阶拓扑角局域态。得益于该角局域态的高品质因子、超小模式体积以及对无序等扰动的稳健性，研究团队获得了1550nm波段高性能四极子拓扑光子晶体纳米激光器。利用微区近红外光谱和近场成像等方法开展对器件光谱、线宽、近/远场光学形貌等研究，证实了四极子拓扑光子晶体纳米腔的激射原理。此外，研究团队通过调控缺陷尺寸实现了相应波长可调谐的激光阵列发射。该工作为新奇拓扑态在微纳半导体激光器的应用提供新思路，有望作为未来纳米尺度的拓扑片上光源，并对拓扑光子学、微纳光子器件与其他人工带隙系统的新颖拓扑现象与器件应用研究提供参考。
期刊介绍
《Nature Communications》是Nature系列的综合性子刊，旨在发表自然科学各领域的重要研究成果，该期刊最新影响因子15.7，JCR分区为Q1。
作者介绍
周陶杰，华南理工大学微电子/集成电路学院副教授，南开大学本科，香港中文大学（深圳）博士，英国伦敦大学学院博士后，自2022年11月起任职于华南理工大学微电子/集成电路学院，主持国家自然科学基金青年基金、广东省自然科学基金面上等项目。主要研究光子晶体微纳半导体激光器及硅基集成，研究成果包括低功耗硅基单片集成量子点光子晶体激光器（Nature Communications, 2020）、单模拓扑狄拉克涡旋激光器（Light: Science & Applications, 2023）、超小模式体积莫尔晶格激光器（Laser & Photonics Reviews, 2025；Nano Letters, 2025）、拓扑彩虹光子晶体纳米激光器（Advanced Materials，2025）以及拓扑四极子纳米激光器（Nature Communications, 2026）等。
