随着集成光子学中组件数量的增加，复杂度的非线性缩放是阻碍大规模锁相激光器阵列的主要障碍，为了突破这一障碍，宾夕法尼亚大学和杜克大学的研究人员设计并制造了一种超对称微激光器二维阵列，该二维阵列可实现单个微激光的稳定性，还可以多个微激光共同工作实现几个数量级功率密度的提高。该项目由美国陆军资助，可以使激光实现高功率、高稳定性和高相干性的结合，未来可以将其应用于激光雷达、光学传感和激光加工技术中。

高维度超对称微环激光阵列

一种实现高功率单模激光器的方法是耦合多个相同的单模激光器以形成激光器阵列，但由于耦合系统的复杂性，将会引入多种超模式（Supermodes），这些超模式之间会相互干扰，从而导致激光器阵列的相干性降低。只有将所有激光都锁相成单个超模时，激光阵列的辐射度和亮度才会随着数量的增加而增加。

为了达到这一目的，研究人员基于物理学中的超对称理论（超对称是费米子和玻色子之间的一种对称性，该对称性尚未在自然界中被观测到）提出了一种新型方法——“相消超对称伙伴（Dissipative Superpartner）”。超对称伙伴阵列是通过对原先的激光器阵列应用超对称变换（SUSY transformation）产生的，生成的超对称伙伴阵列具有原先阵列除基模以外的所有能级。当耗散的超对称伙伴阵列和原先的激光器阵列耦合在一起时，除了基模之外的所有横向超模都将耗散，因此该超对称激光器阵列可以实现单模、高功率的激光发射。但是现有的超对称激光阵列的理论和实验仅限于一维（1D）耦合激光器阵列。

为此，研究人员通过在一维子系统上应用多次超对称变换，解决了控制阵列中各个元素连续排列方向的数学关系，实现了5×5的二维超对称激光器阵列。宾夕法尼亚大学的博士后研究员Zihe Gao表示：“当相消超对称伙伴阵列和原始激光器阵列耦合在一起时，除了基本模式之外的所有超模式都将被消散，从而导致单模激光的功率达到原始阵列的25倍，功率密度则达到原始阵列的100倍以上。”

此外，研究人员还表示这种二维激光器阵列能够发射带有轨道角动量的光束，进而展示了可以构造高辐射度涡旋激光束的可行性。这也足以表明这种方法可以通过利用光的空间自由度来增强激光器的性能，为设计经典和量子体系中的大规模集成光子系统提供了一条新途径。