20世纪的四大发明中,晶体管和激光器占据重要地位。晶体管依托电子,激光器依托光子。电子和光子作为两类基本粒子,均可用于承载能量与信息。电力的广泛应用推动了工业革命和现代化进程,极大提升了社会生产力;而作为信息载体的电子芯片,则催生了信息技术革命,引领人类迈入数字化时代。自1960年美国科学家梅曼成功研制出首台激光器以来,激光技术便在两个极端方向上不断拓展:一方面,向超高功率发展,例如用于可控核聚变的中国神光激光装置。正如钱学森先生形象地描述,这一技术相当于在地球上创造一个“小太阳”,未来有望提供稳定而持久的清洁能源。另一方面,激光器的微型化趋势日益加速。正如晶体管的微缩推动了电子芯片的发展,微型激光器的进步极大促进了光子技术的革新。
在这一背景下,北京大学马仁敏等提出了奇点色散方程,建立了介电体系突破衍射极限的理论框架,并成功研制出模式体积最小的激光器——奇点介电纳米激光器,首次将激光器的特征尺度推进至原子级别。此外,他们还基于纳米激光器构建了可重构光频相控阵,使得纳米激光器阵列可以“同步起舞”,生成可重构的任意相干激射图案。相较于常规激光器,纳米激光器具有小体积、低能耗等特点,在信息技术、传感探测等领域具有广阔的应用前景。