近年来，拓扑量子材料的发展，推动着拓扑光子器件的快速更新与迭代。以拓扑激光器（TL）为例，目前已经发展出具有局部拓扑模式的1DSu-Schrieffer-Heeger（SSH）激光器、带转角模式的 2D SSH 激光器，以及具有手性边缘模式的2D光子晶体和耦合谐振器激光器等多种实用激光器。TL最具潜力的特征之一是其激光模式对部分扰动不敏感，能减少制造缺陷或环境干扰所产生的影响。在这种激光器中，内部光子模式的拓扑特性决定了发射光的远场特征，有学者用空间定制光束对光子自旋霍尔绝缘体进行光学泵浦，成功产生承载面外轨道角动量（OAM）的涡旋光束，实现TL非常规发射模式的初探。另外，研究还发现使用由强外部磁场偏置的光子量子霍尔晶格，能使激光器产生具有高阶OAM的光束。在不需要结构化光泵浦或外部磁场辅助的情况下，电泵浦TL将电能直接转换为具有非常规结构的激光束，将是下一阶段TL非常规发射模式探索的研究热点。
TL的拓扑腔模式能保护其不受扰动，是一种强大的激光模式，也是新型半导体激光器件的理想选择。最近，学者们尝试探索在TL中实现非常规光束剖面：结构化光泵浦或强磁场可以实现涡旋波前发射，但对于设备应用来说并不方便；电泵TL结构紧凑、尺寸适中，易集成到光电路集成片上，因此备受关注。在这里，我们通过实验展示了一种基于马约拉纳零模（MZM）光子模拟的，在量子级联芯片上单片实现的电泵浦TL。我们发现，MZM发射圆柱形矢量（CV）光束，具有太赫兹（THz）半导体激光器的拓扑非平凡极化谱。
相关研究成果以题“Photonic Majorana quantum cascade laser with polarization-winding emission”发表在国际期刊《nature communications》上。
图1. 基于光子马约拉纳零模（MZM）的电泵浦量子级联激光器（QCL）。
图2. 拓扑空腔的数值模拟。
图3. 激光马约拉纳零模式的观察。
