奇點光學,，研究的是光學領域的“龍卷風”,。如何在不被干擾、不破壞“風眼”這一根本結構的前提下,，有效地操縱并利用“龍卷風”,，是光學領域科學家面對的一大難題。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聯(lián)合國外科研人員組成的研究團隊，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,。
該研究為進一步探索光學領域提供了全新的研究視角,，未來有望用于大容量光通信研究，以及光子芯片,、顯示器件,、激光等領域。相關研究成果日前在線發(fā)表于《自然》,。
“所謂‘奇點’,，就像宇宙空間中的黑洞，或是龍卷風的風眼,。”宋清華告訴記者,，奇點具有非常強的穩(wěn)定性,，在光學概念中至關重要，“一些特殊光信息的傳輸和存儲就靠這個穩(wěn)定的奇點,，沒有奇點,，就相當于龍卷風沒有了風眼，這場龍卷風也就不復存在了,?！?/p>
研究團隊一直致力于利用超構表面或光子晶體產(chǎn)生奇點，并使其能夠傳輸更多的信息,?！暗趥鹘y(tǒng)設計中，在這個光學‘龍卷風’的渦旋里一旦摻入雜質(zhì),，信息結構就會被破壞,。”宋清華表示,。
上述成果中,，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種特殊模式，這種拓撲共振模式對結構微擾具有免疫性,，當結構發(fā)生微小變化時,，由于奇點的拓撲保護作用，該共振模式不會受到影響，從而顯著地提高了連續(xù)域束縛態(tài)奇點的穩(wěn)定性,。
團隊主要成員秦昊燁介紹,，以往研究往往致力于避免讓“龍卷風”卷入雜質(zhì)，這項創(chuàng)新性研究相當于實現(xiàn)了一種“神奇的渦旋”,，“光學中的信息就好比龍卷風的渦旋卷入了許多樹葉,，而這些樹葉并不會對其渦旋結構造成破壞，反而渦旋和樹葉相互作用,，進而增加了所傳輸?shù)男畔⒘俊薄?/p>
宋清華介紹,，未來團隊將持續(xù)探索，為拓撲光子學開辟更高維度的調(diào)控自由度,，“這項成果有望應用于激光,、高維量子態(tài)等領域，實現(xiàn)既能穩(wěn)定傳輸,、又含有高信息容量的激光通信”,。
編輯：李華山
