近日，清華大學深圳國際研究生院宋清華副教授、李勃研究員、清華大學材料學院周濟院士與合作者在拓撲光學領域取得突破性進展，首次提出一種實動量拓撲光子晶體的概念，揭示了無序中穩(wěn)定拓撲的形成機制，并實現(xiàn)了光子晶體的有效信息編碼。相關研究成果以“無序輔助的實動量拓撲光子晶體”為題，在線發(fā)表于《自然》，為進一步探索光學領域提供了全新的研究視角。
在光學中，連續(xù)域束縛態(tài)（BIC）是一種特殊的光學奇點，其能量被局域化，無法向外傳播，從而在動量空間中形成一個不輻射、Q值無窮大的偏振奇點。圍繞該奇點的偏振分布具有非平庸的拓撲荷。因此BIC在渦旋光產(chǎn)生、場增強和高Q值等光學應用中具有廣闊的前景，對拓撲光學領域具有深遠影響。
傳統(tǒng)利用超表面和光子晶體實現(xiàn)的BIC通常依賴于嚴格的周期性結構，結構的無序會破壞周期性，導致BIC退化成準BIC（即QBIC），其拓撲性質也隨之消失。因而，過去關于BIC的研究通常會盡量減輕無序的影響。然而無序性為結構控制提供了額外的自由度，這在波前調控應用中至關重要。所以如何在BIC中引入有效的無序信息而不破壞BIC的拓撲特性，成為拓撲光學領域中的一個重要挑戰(zhàn)。
為了解決這一問題，清華大學深圳國際研究生院宋清華副教授團隊聯(lián)合新加坡國立大學仇成偉教授、洛桑聯(lián)邦理工大學羅曼·弗勒里（Romain Fleury）教授首次提出了一種實動量拓撲光子晶體的概念。該研究提出了無序輔助的實動量拓撲光子晶體，為拓撲光學領域的應用開辟了新的方向。這一創(chuàng)新性研究有望推動光子芯片等微納光學器件的發(fā)展，并可應用于高穩(wěn)定性高容量的光通信技術、復雜結構光的生成、高維量子糾纏技術、生物粒子的精細光學操控、AR/VR顯示器件等多個領域。
宋清華、仇成偉、羅曼·弗勒里為論文的通訊作者，深圳國際研究生院科研助理秦昊燁（現(xiàn)為洛桑聯(lián)邦理工大學博士生）為論文第一作者，深圳國際研究生院2022級博士生蘇增平和洛桑聯(lián)邦理工大學博士后張哲為論文共同第一作者。
編輯：李華山
