面向生物集成的最小体积光子晶体纳米激光器

光子晶体允许对光的约束、传播及其与物质的相互作用方式实现前所未有的控制。其发展已对光学与物理学产生变革性影响，仍是基础发现与实用光子技术的核心平台。然而，光子晶体结构的相对较大体积及基板绑定特性严重限制了其作为微型光子器件或生物集成传感器的应用。本文通过识别二维光子晶体阵列实现激光功能所需的最小尺寸，描述了基板无的六角形激光粒子制造工艺，其有效区面积可达仅 30 微米平方。我们展示了大规模并行制造、稳健的粒子脱落，以及将纳米激光粒子集成到活细胞中的能力。关键在于通过工程化空间与光谱模式特征，我们设计的近红外 II 型探针模式体积仅为十亿分之几升级，约为传统文森姆瓦尔探针尺寸的十分之一。这种高度光子局域化规模可与真核细胞的不同细胞器尺度相媳肖。我们期望通过化学或等离子体功能化，可实现无标签的纳米尺度细胞内过程检测，充当小型平台，发挥光子与量子感测技术在化学与生物学应用中的潜在发展。