二维资料转移利用之

从微腔耦合到量子光学

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在微观尺度下，光与物质的相互作用不再是单一的吸收与发射。

当光被限度在微米甚至亚波长的空间钟转—例如微腔（microcavity）或光子晶体腔内——光场强度会成百上千倍加强，从而引发激子–光子强耦合、极化子凝聚、单光子发射与非线性效应等量子光学景象。

而二维资料（2D materials）——如过渡金属硫属化物（TMDs，MoS?、WS?、WSe? 等）和六方氮化硼（hBN）——凭借其原子级厚度、高激子结合能与直接带隙，成为梦想的光学活性层。倒剽些二维资料被“嵌入”微腔之中，就能在极幼体积中实现极强光场调控，开启量子光学器件的新篇章。

在 Nature Communications (2023)，Zhao 等人通过将多个 WS? 单层堆叠嵌入平面布拉格反射腔（DBR cavity）中，实现了系统性调控真空 Rabi 割裂，从 36 meV 提升至 72 meV。

这意味着光子与激子形成了混合态——极化子（polaritons），并在室温下仍维持强耦合不变。钻研者通过功夫分辨泵浦-探测尝试进一步揭示：系统中的非线性行为重要受激子相空间填充（phase-space filling）效应主导。这类结构预示着低功率全光调造与室温极化子晶体管的可能。

散布式布拉格反射镜（DBR）腔体嵌入二维（2D）资料的几种分歧结构和利用↑

早期的基础性工作来自 Nature Communications (2015)，Dufferwiel 等人将单层 MoSe? / hBN 异质结嵌入可调谐 Fabry–Pérot 腔中，初次在 TMDC 中观测到 20–29 meV 的 Rabi 割裂。这一尝试奠定了二维资料强耦合系统的基础。

上面的图表描述了钻研人员若何造备 (b、c) 高质量 (d) 的二维资料异质结构，并将其嵌入 (a) 一个可调谐的盛开式微腔中，为钻研二维资猜中的根基光物理景象和开发新型光电器件奠定了基础。↑

2025 年 Chinese Optics Letters 报路了由中国科大某钻研团队实现的工作：
钻研者将单层 WS? 精准搁置在高 Q 石英微球腔表表，腔内形成强烈的“耳语廊模”（WGM）。在陆续波引发下，二次谐波信号较裸片加强 1.46 × 10? 倍，并实现 MHz 级输出速度。

在单层 WS2中加强二次谐波天生 (SHG) 的尝试钻研。

微腔提供了强光场局域，二维资料则提供高 χ^(2) 非线性，两者相乘组成了一种可片上集成的非线性光源，可望用于量子频率转换、光学推算与集成光谱仪。

在 Nature Communications (2021)，Barra-Burillo 等人展示了另一类更“低频”的耦合系统：
他们将薄层 hBN 嵌入金属–MoS? 腔体中，系统钻研了光子与晶格振动（光学声子）之间的相互作用，从弱耦合逐步过渡到超强耦合。

当 hBN 厚度增至齐全填充腔体时，系统的耦合强度靠近体相声子极化子的极限，实现了微腔声–光混合模式的可调谐天生。

这类钻研为红表光–声子调控、热辐射调造、以及 THz 激光器提供了新蹊径。

分歧腔体配置下，六方氮化硼（hBN）或填充资料的极化子（Polariton）色散关系。

代表系统：
 WS? / MoSe? in DBR cavity

关键物理景象：
 Rabi 割裂、极化子凝聚

利用远景：
 室温极化子激光器、量子调造

代表系统：
 WS? on WGM microsphere

关键物理景象：
 二次谐波加强 ×10?

利用远景：
 光频转换、片上光源

代表系统：
 hBN / MoS? cavity

关键物理景象：
 微腔声子极化子

利用远景：
 THz 节造、热光学调造

共性技术基底：高质量的二维资料干法转移

这些钻研让二维资料真正成为“光学资猜中的量子平台”，推动从基础物理到器件利用的逾越。