基于多腔段单片集成（monolithic integration of multiple cavity sections）的单模频率可调谐半导体激光器（Single-mode frequency-tuneable semiconductor lasers），被广泛应用于光通信，光子集成电路（photonic integrated circuits）等其它光学技术中。此种激光器中超快切换过程（ultrafast switching processes）的研究，对于减轻频率串扰（frequency cross-talk）来说十分重要。但到目前为止，该研究一直被纳秒时间尺度的强度切换观察（observation of intensity switching over nanosecond-timescales）所限制。
来自英国利兹大学电子与电气工程学院的Iman Kundu及其团队在Nature Communications上发文，报告了对单片频率可调谐激光器中超快接通动力学、模式竞争（mode competition）和频率选择（frequency selection）的相干测量（coherent measurements）。测量过程利用了激光发射的相干时域采样（coherent time-domain sampling of the laser emission）。这种方法使研究人员能够在皮秒时间尺度上观察到激射模式之间的跳频（hopping between lasing modes）和瞬态多模发射（transient multi-mode emission）到稳态单模发射（steady-state single mode emission）的时间演化。
研究的结果表明，竞争模式（competing modes）间频率切换的时间尺度限制是随着激光腔的游标对准（Vernier alignment）而变化的。
索引：Iman Kundu et al. “Ultrafast switch-on dynamics of frequency-tuneable semiconductor lasers.” Nature Communications, 2018.
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-018-05601-x
对于小型化、全集成半导体激光器的迫切需求，促进了一些为实现非常规结构（unconventional configurations）而开展的研究工作的发展。这些非常规结构能够满足一系列广泛应用，如通信系统、传感等，对激光器性能的要求。
来自爱尔兰科克大学廷德尔国家研究所的Stephen P. Hegarty、Liam O’Faolain及其团队在Light: Science & Applications上发文，展示了一种混合的、硅光子兼容（silicon photonics-compatible）的光子晶体（PhC）激光器架构，它可以用于实现高性价比、高功率、高边模抑制比（side-mode suppression ratio）的光源。发射波长由硅光子晶体腔基反射滤波器（silicon PhC cavity-based reflective filter）来设定和控制，其增益由基于III-V族的反射型半导体光放大器（III–V-based reflective semiconductor optical amplifier）提供。在高Q系数的PhC谐振器中，激光腔中的高功率密度导致硅的非线性吸收显著增强。由这种方式产生的热量在波长选择单元（wavelength-selective element）中引起调谐效应，能够用于抵消外部温度的波动而不进行主动冷却。
该研究兼容了现有的制造和集成技术，为波长敏感方案下的集成激光（integrated lasing inwavelength-sensitive schemes）提供了一个可行路线。
索引：Andrei P. Bakoz et al. “Wavelength stability in a hybrid photonic crystal laser through controlled nonlinear absorptive heating in the reflector.” Light: Science & Applications, 2018
DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-018-0043-8
来自英国牛津大学鲁道夫·佩尔斯理论物理中心的Steven H. Simon与其团队在Physical Review Letters上发文，针对最近提出的约瑟夫森结激光器发展了一种分析理论，通过在时域再现（time-domain representation）下工作（而不是频域），可以得到一个器件动力学的非线性方程，它在某些操作制度下是完全可解的。这种非线性的驱动会导致锁模输出（mode-locked output），且周期由谐振腔的往返时间（round-triptime of the resonant cavity）所设定。
索引：Steven H. Simon et al. “Theory of the Josephson Junction Laser.” Physical Review Letters, 2018
DOI：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.027004
非厄米物理系统（Non-Hermitian physical systems）在特殊点（EPs）附近显现出了本征值与本征向量合并的光谱奇异性（spectral singularities at which eigenvalues and eigenvectors coalesce），这引起了人们极大的关注。迄今，已经实现了许多EP相关的新概念，如单向激射（unidirectional lasing）、隐形（invisibility）、手性传递（chiral transmission）等，但与之相关的最古老的理论预测之一——EP上激光线宽（laser linewidth）会显著展宽——却只能间接地探测到。
来自美国华盛顿大学电气与系统工程系的Lan Yang及其研究团队在Nature Photonics上发表研究。研究人员在复合光机械系统（compound optomechanical system）中通过EP控制一个光子激光器，该复合光机械系统由两个耦合谐振器组成。结果发现，当系统接近EP时，一个谐振器中产生的激射发生了明显的线宽展宽。
索引：Jing Zhang et al. “A phonon laser operating at an exceptional point.” Nature Photonics, 2018.
DOI：https://doi.org/10.1038/s41566-018-0213-5
一般来说，只有有着高光学活性离子平衡溶解度（high equilibrium solubilities ofoptically active ions）的光学各向同性晶体结构才适于作多晶激光增益介质（polycrystalline laser gain media）。而其它拥有更好的热机械性能（thermo-mechanical properties）的材料却通常不被科学家们纳入考虑。如氧化铝（Al2O3），相比现有的增益材料具有更高的断裂应力（fracture strength）和导热能力（thermal conductivity）。
来自美国加利福尼亚大学圣迭戈分校先进材料加工与合成实验室的Javier E. Garay与其带领的团队在Light: Science & Applications上发表文章，提出了一种策略以解决上述问题。研究中采用了稀土掺杂氧化铝(Nd:Al2O3)，并首次通过实验演示了其增益。掺杂的重点在于将微晶（crystallite）裁剪到与光波长和原子间掺杂距离（interatomic dopant distances）相匹配的尺寸，以使光损耗最小化。实验结果表明，Nd:Al2O3激光增益介质的热机械性能比Nd:YAG和Nd:Glass分别提高了24倍和19500倍，且发射带宽更宽。
该研究将大有助于激光器的发展。
索引：Elias H. Penilla et al. “Gain in polycrystalline Nd-doped alumina: leveraging length scales to create a new class ofhigh-energy, short pulse, tunable laser materials.” Light: Science & Applications,2018.
DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-018-0023-z
fresh-slice技术在不破坏其他电子束片（electron bunch slices）的条件下，实现了瞬态激光切片（temporal lasing slice）的选择性控制，提高了多种自放大自发发射自由电子激光器（self-amplified spontaneous emission free-electron laser）方案的性能。至今，其应用的实现需要一个特殊的插入装置来创建波束偏航（beam yaw），这被称为去啁啾（dechirper）。
来自美国SLAC国家加速器实验室的Marc W. Guetg及其团队在Physical Review Letters上发表文章，演示了一种可以实现基于电子能量啁啾和轨道色散（electron energy chirp and orbit dispersion）的fresh-slice操作，而不需额外硬件的新方案。
索引：Marc W. Guetg et al. “Dispersion-Based Fresh-Slice Scheme for Free-Electron Lasers.” Physical Review Letters, 2018
DOI：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.264802
来自美国SLAC国家加速器实验室的Alberto A. Lutman及其团队在Physical Review Letters上发表研究，展示了一种用于自放大自发发射自由电子激光器（self-amplified spontaneous-emission free electron lasers）的新型多级放大（multistage amplification）方案，以用来产生软X射线高能飞秒小脉冲。该方案使用了fresh-slice技术在束尾（bunch tail）产生X射线脉冲，随后通过新电子（fresh electrons）在下游波荡器部分（downstream undulator sections）放大。通过三级放大，最终在几飞秒中产生了能量为几百微焦的X射线脉冲。对于单尖峰光谱X射线脉冲（single-spikespectra x-ray pulses）来说，其脉冲功率比起同波长范围的其他技术，提升了不止一个数量级。
索引：Alberto A. Lutman et al. “High-Power Femtosecond Soft X Rays from Fresh-Slice Multistage Free-Electron Lasers.” Physical Review Letters,2018
DOI：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.264801
来自英国阿斯顿大学阿斯顿光子研究所的A. M. Perego及其研究团队在Physical Review Letters上发文，预测在激光器中存在的自诱导参数（self-induced parametric）或法拉第不稳定性（Faraday instabilities）是由泵浦倒空（pump depletion）引起的，这会导致光在腔体中传播的周期性增益现象。由于不稳定性的存在，连续波振荡即便在腔体的正常色散状态（normal dispersion regime）下也会变得不稳定，并产生具有超高重复率（ultrahigh repetition rate）的周期性脉冲串（periodictrain of pulses）。研究中还展示了该预测在拉曼光纤激光器（Raman fiber lasers）中的应用，其效果与之前的概念性分析和数值模拟相吻合。
索引：A. M. Perego et al. “Self-Induced Faraday Instability Laser.” Physical Review Letters, 2018
DOI：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.213902
来自瑞士苏黎世量子电子研究所的Yves Bidaux在Laser& Photonics Reviews上发文，提出了一种用于半导体激光器中腔内色散补偿（intracavity dispersion compensation）的双波导（dual waveguide），并将其应用于第一大气窗口（first atmospheric window）中的短中红外波长量子级联激光器（short mid‐infrared wavelength quantum cascade laser）。研究结果显示，在该装置中可以实现全多模动态范围（full multi‐mode dynamical range）的稳定梳状操作（stable comb operation）。与此前提出的方案不同的是，该双波导方法可以应用于多种半导体激光器和材料系统。特别是，它可以在半导体材料呈现出较大参数值的近红外波段实现有效群速度色散补偿（efficient group velocity dispersion compensation）。
索引：Yves Bidaux et al. “Coupled‐Waveguides for Dispersion Compensation in Semiconductor Lasers.” Laser & Photonics Reviews, 2018
DOI：https://doi.org/10.1002/lpor.201700323
片上光子信息处理系统（On-chip photonic information processing systems）需要对光学元件的小型化进行大量的研究工作。然而，当接近经典衍射极限（classical diffraction limit）时，由于腔体长度的最小化极限（ultimate miniaturization limit）和为了克服腔体损耗（cavity loss）所需的极高光学增益要求，传统的纳米尺度全方位介质激光器（dielectric lasers with all dimensions）难以实现。
来自中科院上海光学精密机械研究所高场激光物理国家重点实验室的杜娟及其研究团队在ACS Nano上发表研究，通过利用独立CsPbBr3钙钛矿纳米晶体（CsPbBr3 perovskite nanocuboid），成功地将激光器尺寸从三维上降至亚波长尺度。虽然纳米晶体激光器的侧边长度（side length）只有大约400nm，室温下单光子和双光子激发（one- and two-photon excitation）的激光阈值（laser thresholds）分别为40.2和374μJ/cm^2的单模法布里-珀罗激射（single-mode Fabry–Pérot lasing）依然可以实现，相应的品质因数（quality factor）分别为2075和1859。此外，实验中激光器还呈现出了180K到380K的温度不敏感特性。CsPbBr3纳米晶体激光器的物理体积（physical volume）仅有0.493λ^3（λ是空气中的激光波长）。
综上，激光器的三维亚波长尺寸、室温下优异稳定的激光性能、频率上转换能力（frequency up-conversion ability）以及温度不敏感特性将大有利于纳米激光器小型化平台（miniaturized platform）和纳米尺度集成片上光子器件（integrated on-chip photonic devices）的发展。
索引：Zhengzheng Liu et al. “Robust Subwavelength Single-Mode Perovskite Nanocuboid Laser.” ACS Nano, 2018
DOI：http://doi.org/10.1021/acsnano.8b02143
有机半导体能够制造一系列轻量的、具有机械灵活性的光电子器件。但由于需要具备支撑衬底（support substrate），大多数有机半导体激光器依然是刚性的。
来自英国圣安德鲁斯大学物理与天文学院苏巴有机半导体中心的Malte C. Gather及其研究团队在Nature Communications上发表研究，采用一种简易的加工过程，制造了一种基于薄膜的、无衬底的、极薄的（<500nm）有机分布反馈（distributed feedback）激光器。它有着超轻的重量和极佳的机械灵活性。研究中展示了自支撑膜（free-standing membranes）激光器的操作，并试图将它们转移到其它衬底上。
该薄膜激光器的泵浦阈值（pump thresholds）和发射强度均在允许的眼部安全暴露范围（permissible exposures for ocular safety）内。
索引：Markus Karl et al. “Flexible and ultra-lightweight polymer membrane lasers.”Nature Communications, 2018
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-018-03874-w
具有二阶光栅的表面发射分布反馈激光器（DFB）通常会激发一种反对称模态（antisymmetric mode），仅能得到较低的辐射效率和双波瓣远场光束（double-lobed far-field beam）。辐射效率的提高可以通过利用弯曲和啁啾光栅（curved and chirped gratings）、等离子体辅助模式选择（plasmon-assisted mode selection）和梯度光子结构（graded photonic structures），分别用作红外二极管激光器、中红外量子级联激光器（QCLs）和太赫兹QCLs。
来自美国利哈伊大学电气与计算机工程系的Yuan Jin和SushilKumar及其研究团队在Nature Communications上发文，展示了一种新的混合光栅方案——采用二阶和四阶布拉格光栅的叠加来激发一种具有更高辐射效率的对称模式。该方案可用于金属波导（metallic waveguides）的太赫兹QCLs。实验由一个在62K下工作的、3.4THz的QCL的单模单波瓣发射（single-mode single-lobed emission）中测得了斜率效率（slope-efficiency）为993mW·A^-1的170mW的峰值输出功率（peak power output）。
这种混合光栅方案理论上比前述的DFB方案更容易实施，且能够用来增大任意波长表面发射DFB激光器的输出功率。
索引：Yuan Jin et al. “High power surface emitting terahertz laser with hybrid second- and fourth-order Bragg gratings.” Nature Communications, 2018
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-018-03697-9
来自西安交通大学理学院的Jian-Xing Li及其团队在PhysicalReview Letters上发文，研究了非线性康普顿散射（nonlinear Compton scattering）中，强多旋回激光脉冲（intense multicycle laser pulse）的载波包络相位（CEP）对电子束辐射的影响，并确定了在ultrarelativistic regime下特定的CEP效应。当电子束与激光脉冲反向传播时，在相对于初始电子运动方向的反方向附近，会出现明显的高能X射线双峰（high-energy x-ray double peaks）。这是在相对论的相互作用域（relativistic interaction domain）中实现的，其中，电子能量需要低于激光峰（laser peak）处的电子反射条件（electron reflection condition），且要求光子发射中的随机效应（stochasticity effects）较弱。角辐射分布（angular radiation distribution）中双峰的不对称参数（asymmetry parameter）可以用来作为长激光脉冲对CEP敏感性的测量，同时可以用来对当前和未来激光设备中的极强激光脉冲进行表征。
索引：Jian-Xing Li et al. “Single-Shot Carrier-Envelope Phase Determination of Long Superintense Laser Pulses.” Physical Review Letters,2018
DOI：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.124803
表现出拓扑不变量（topological invariants）的物理系统对扰动有着天然的鲁棒性，就像近来在许多领域，如凝聚态物质（condensed matter）、光子学、冷原子（cold atoms）、声学中（acoustics），所展示的那样。拓扑系统中表现最突出的是拓扑绝缘体，它展现出无散射的边缘状态传输（scatter-free edge-state transport），对扰动和无序（perturbations and disorder）免疫。
来自美国中弗罗里达大学光学与光子学学院的Demetrios N. Christodoulides和Mercedeh Khajavikhan及其研究团队在Science上发表研究，提出了拓扑绝缘体激光器。其激射模式（lasing mode）在没有磁场存在时呈现拓扑保护式传输（topologically protected transport）。将拓扑物理拓展到激光器上是很矛盾的，事实上激光器是建立在似乎与拓扑绝缘体的本质不相一致的基础上的：它们需要增益，因此是非厄米（non-Hermitian）的；它们是非线性实体（nonlinear entities），因为增益必须是可饱和（saturable）的；它们是开放系统，因为他们发射光。这些特征是所有激光器普遍具备的，因此人们对拓扑绝缘体激光器中拓扑特征的利用可能性有着很大的怀疑。但团队表示，利用拓扑性质制作高效率的激光器，同时令其具备对缺陷和无序的鲁棒性和高于激光器阈值条件下的单模激射是可行的。
索引：Gal Harari et al. “Topological insulator laser: Theory.”Science,2018
DOI：http://doi.org/10.1126/science.aar4003
接上，该团队演示了一种非磁性拓扑绝缘体激光器。该激光系统的拓扑特性会带来单模激射（single-mode lasing）、对制造缺陷的鲁棒性以及更高的斜率效率（slope efficiencies）。实验通过由S-手性微谐振器（S-chiral microresonators）组装了拓扑绝缘体激光器，进一步利用了主动拓扑平台（active topological platform）的特性，如此，在没有磁场的情况下也可以执行预定的单向激射（predetermined unidirectional lasing）。
索引：Miguel A. Bandres et al. “Topological insulator laser:Experiments.” Science, 2018
DOI：http://doi.org/10.1126/science.aar4005
太赫兹量子级联激光器（THz QCLs）自出现以来经历了快速的发展，它展现出了高功率、宽调谐（broad-tunability）、量子有限线宽（quantum-limited linewidth）和超宽带增益（ultra-broadband gain）的特点。一般来说，为了满足应用需求，会在连续波（CW）操作、低发散光束和优良的辐射光谱控制上有所要求，但这些要求在实践中很难实现。平板印刷图案结构（Lithographic patterning）已被广泛应用于优化光束发散角和/ 或发射频率（通过分布反馈DFB、光子晶体或微腔），在三阶DFBs中，可以通过特定的加工程序精确地将模式指数（mode index）控制为3。
来自意大利比萨高等师范学校的Miriam S. Vitiello及其研究团队在Nature Communications上发表研究，展示了一种线DFB THz QCLs，其反馈是由空腔的正弦波纹（sinusoidal corrugation）提供的，光提取（light extraction）是由表面的孔阵列（array of surface holes）确保完成的。
这种新的架构可以拓展到远红外频率，产生低发散角（10°）的光束，同时满足单模发射（single-mode emission）、高斜率效率（slope efficiencies）和稳定的连续波操作。
索引：Simone Biasco et al. “Continuous-wave highly-efficient low-divergence terahertz wire lasers.” Nature Communications, 2018
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-018-03440-4
激光和等离子体的受控耦合（controlled coupling）在处理巨大的科学挑战上有着不俗的潜力。但许多应用中，其因有限的灵活性和较差的激光焦量（laser focal volume）控制而受到限制。
来自美国罗切斯特大学激光能量实验室的Dustin H. Froula及其研究团队在Nature Photonics上发文，提出了一种名为“flying focus”的先进聚焦方案。其中，结合了啁啾激光脉冲（chirped laser pulses）的彩色聚焦系统（chromatic focusing system）使小口径激光聚焦可传播至瑞利长度的（Rayleigh length）100倍。此外，焦点移动的速度由激光的群速度（group velocity of the laser）解耦，它能以任意速度沿激光轴同向或对向传播（co- or counter-propagate）。
实验测量得到了由亚光速（-0.09c）到超光速（39c）的焦斑速度（focal-spot velocities），产生了一个几乎恒定的超过4.5mm的峰值强度，这证实了前述概念。“flying focus”可用于光子加速器（photon accelerator）以减轻退相干（mitigate dephasing），促进可调谐超紫外线光源（tunable XUV sources）的生产。
索引：Dustin H. Froula et al. “Spatiotemporal control of laser intensity.” Nature Photonics, 2018
DOI：https://doi.org/10.1038/s41566-018-0121-8
自由电子激光器（FELs）在极紫外（XUV）和X射线处，为高功率密度下的实验提供了可能，尤其是揭示更短波长下非线性光-物质相互作用（non-linear light–matter interactions）的注量依赖性吸收和散射实验（fluence-dependent absorption and scattering experiments）。这些非线性效应的发现引起了极大的关注，但由于其固有的shot-to-shot 光子强度波动（fluctuations in photon intensity）和聚焦FEL光束通常结构化的、非高斯的空间强度分布（non-Gaussian spatial intensity profile），往往是很难理解和建模的。
来自德国柏林马克思·玻恩研究所的Michael Schneider和StefanEisebitt及其团队在Nature Communications上发文，提出了一种方法，可以同时测量固体样本中的XUV衍射信号（XUV diffraction signals）和相应实际样本中的单次空间注量分布（single-shot spatial fluence distribution）。这种原位表征方案能够直接检测样品的光照，为FEL实验的优化和定量理解提供了依据。
索引：Michael Schneider et al. “In situ single-shot diffractive fluence mapping for X-ray free-electron laser pulses.” Nature Communications, 2018
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-017-02567-0
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