综述：光子莫尔晶格：光场局域化与带隙工程在低阈值高功率激光器中的理论与技术突破

这篇综述系统阐述了光子莫尔晶格（Photon Moiré lattices）作为新型人工微结构，通过扭转或周期失配叠加形成超晶格势场，在光场局域化、平带工程（flat-band engineering）和动态调谐方面的突破性进展。文章重点分析了其通过亚波长局域化（subwavelength localization）和高Q值纳米腔设计（high-Q nanocavity），协同优化激光器阈值（lasing threshold）、模式竞争抑制及功率密度的机制，为下一代低阈值高功率激光器（PCSELs等）和量子光学应用提供了创新思路。

　　

光子莫尔晶格：光场局域化与带隙工程

Abstract

光子莫尔晶格作为一种新型人工微结构，通过扭转或周期失配的晶格叠加形成长周期超晶格势场，为光场局域化和带隙工程提供了独特平台。本文系统综述了其设计原理及其在优化激光性能中的关键作用，重点探讨了平带工程降低激光阈值、局域化效应抑制模式竞争、动态调谐协同优化光束质量与功率密度等机制。

Introduction

莫尔晶格在二维（2D）材料中已展现出超导性、反常量子霍尔效应等奇异现象。光子莫尔晶格则具有更高的设计自由度，可实现任意对称性和扭转角的结构，表现出宽带光捕获、增强光学手性及平带激光等特性。相比传统光子晶体（photonic crystals）严格的带隙要求，光子莫尔晶格通过扭转角调谐即可实现亚波长尺度的光场局域化，形成高Q值纳米腔，显著提升模式选择性和电光转换效率。

Co-engineering mechanisms of photonic Moiré lattices

光子晶体通过周期性折射率调制形成带隙结构，如基于二维方晶格的光子晶体表面发射激光器（PCSELs）利用Γ点附近的边缘模式实现表面发射。而光子莫尔晶格通过平带局域化机制，在开放结构中实现亚波长尺度的高Q谐振，结合动态扭转角调谐，可同步优化空间光场分布和能带特性。

Research progress on photonic Moiré lattices

当前研究聚焦于结构参数动态调谐对光场局域化、平带特性及激光性能的影响。通过应变工程、二维材料集成（如α-MoO₃的双层扭转）和拓扑光子学（topological photonics）等多物理场协同设计，光子莫尔晶格在单模稳定性、功率密度提升方面展现出颠覆性优势。

Summary

光子莫尔晶格通过超周期调制和协同调谐机制，为突破传统激光器的模式体积（mode volume）限制和热积累问题提供了新范式。未来需进一步解决制备工艺、理论建模与器件集成等挑战，推动其在量子光学和跨学科应用中的发展。

CRediT authorship contribution statement

本文由吉林大学团队完成，获吉林省杰出科技人才项目（20230508097RC）等基金支持，作者特别感谢长春光机所的多位合作者在数据验证与文稿修订中的贡献。

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。