基於拓譜光子學的蓬勃發展以及奈米製程技術的進步，超穎介面（Metasurfaces）以其多元的相位調控與奈米尺度的光學調變得到了許多研究學者的關注。本研究利用混合表面晶格共振（hybrid-surface lattice resonance）產生法諾共振（Fano resonance），並更進一步利用法諾共振下建設性干涉與破壞性干涉的重疊產生暗模態（Dark mode），在沒有損耗的情況下，該模態又可稱為連續域中的束縛態（bound states in the continuum, BIC），該團隊利用其無損耗又具有無窮大品質因子（Q-factor）的特性，成功開發出室溫下可操作之超低閾值雷射。將來有機會開發於透明顯示器、新型態光源、光學感測器、量子光學和拓撲光子學等應用。

　　傳統的光學元件（如透鏡、波片、濾光片等），已經存在了幾個世紀，而大部分的光學元件都是利用傳統機械式的工法製作，導致元件尺寸以及功能受限。近幾年來，基於拓譜光子學的蓬勃發展以及奈米製程技術的進步，超穎介面（Metasurfaces）以其多元的相位調控與奈米尺度的光學調變贏得了許多研究者的關注。

　　由國立陽明交通大學光電學院影像與生醫光電所陳國平副教授研究團隊與俄羅斯科仁斯基物理研究院（Kirensky Institute of Physics）Ivan Timofeev博士研究團隊合作，利用連續域束縛態之理論成功開發出世界第一種結合氮化矽超穎界面並可在室溫下操作之超低閾值雷射。此研究主要由國立陽明交通大學光電學院博士生楊振弘同學，進行實驗與模擬，並透過每個月一次與俄國團隊的視訊討論進行合作，其研究成果已發表於8月號Laser and Photonics Review期刊（IF = 13.14, 光學類期刊Ranking : 4th/97）。該團隊於2021年也獲得有庠科技論文獎以及科技部吳大猷獎之肯定。

圖一：比較一般共振模態與連續域束縛態的差異
 

　　此研究的特色是，利用透明的氮化矽超穎界面產生具有完全暗模態共振的連續域束縛態。與傳統雷射共振腔或金屬表面電漿子奈米雷射相比，連續域束縛態雷射具有高指向輻射和高品質因子（Q-factor）的特色（圖一）。此外，此研究提出的設計規則可以消除品質因子（Q-factor）變化時的波長漂移。在實驗中成功地利用連續域束縛態在室溫下演示了超低閾值（1.25 nJ）的雷射。更有趣的，由於連續域束縛態的高品質因子，研究團隊可以在幾乎透明的樣品中觀察到雷射信號和圖像（圖二）。

　　在量子應用的發展上，超穎界面也開始扮演重要的角色，包含光子統計、量子態疊加、量子糾纏和單光子檢測等。此外，量子光學技術需要單光子源、糾纏光子源和其他類型的非經典光源，以及更新的檢測方法。量子態可以基於光偏振、方向和軌道角動量的不同自由度，超穎界面對於實現上述的研究都有很大的潛力。舉例來說超穎界面也可用來增強基於量子點和固態色中心（solid-state color center）的單光子發射器之效率、以及利用超穎界面來產生自發參量下轉換（spontaneous parametric down-conversion（SPDC）的非經典光源，並進一步控制量子干涉和量子糾纏。 

圖二：室溫下具有超低闕閥值之連續域束縛態雷射