单模输出强烈需求能有效、精确操纵和选择光学模式的能力。微尺度波导因其尺寸比光学波长大得多而可以支持大量紧密间隔的模式。由于模式竞争的有限增益，这些微尺度波导腔的受激发射输出会受到随机波动和不稳定性的影响。近几十年来，为了实现单模输出，人们对模式的有效操纵和精准选择进行了深入研究。

本文报道了一个由两个直接耦合的金属包覆光学谐振腔组成的光学系统，该光学系统可以通过控制两个光学谐振腔的谐振波长之间的调谐来实现单模输出，通过调整光的入射角来选择单模输出的波长。此外，单模输出的线宽和功率可以通过微腔芯片的波导层厚度和入射光的角度来控制。我们的光学模式选择系统提供了一种不需要复杂结构和特定材料的光学信息处理方法，该光学系统代表了集成单模光输出的重要一步。这种简单、有效、可调谐的光学系统在光通信和光传感器领域具有巨大的应用潜力。

图1 金属包覆光学谐振腔的波长调谐。(a) 实验装置。(b) 基于双芯片的模式选择系统。(c), (d) 芯片1和2在不同入射角下的梳状光谱。(e) 芯片1的入射角不变，改变芯片2的入射角，系统得到的单模光谱。(f)固定芯片2的入射角，改变芯片1的入射角后的单模强度变化。(g) ATR峰值特征。

该成果发表在“Hailang Dai, Hong Yang, Zhuangqi Cao and Xianfeng Chen, Tunable single-mode output by optical-mode selection, Physical Review Applied, 19, 034046 (2023)”。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.034046