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物理学院董建文教授研究团队在拓扑光学微腔方面取得重要进展


稿件来源:物理学院 | 编辑:谈荣钰、王冬梅 | 发布日期:2021-07-15 | 阅读次数:


       光场调控是通过光场与物质相互作用物理过程的精密控制,获得特定多维度的新型光场分布。光子晶体作为典型的超构材料(一种人工非均匀亚波长光学结构),由于其强大的光子人工带隙调节能力,是微纳光场调控物理与应用研究的重要体系,在微腔等集成光子器件的设计方面具有独特的优势。但是,超构材料多自由度而导致的光场调控现象缺乏简单有效的物理原理来描述,制约了光子晶体微腔等集成光子器件的发展。

       我校物理学院、光电材料与技术国家重点实验室超构材料光学研究团队围绕微纳光场调控基础物理和应用的科学问题,以微纳拓扑光子学为方向,取得了系列研究成果,发展了多维度关联调控新原理以及光学微腔设计新方法,对推动下一代光子和量子信息传输处理技术具有重要的积极作用。近期,团队负责人董建文教授荣获2020年教育部青年科学奖(全国8名)。

       针对拓扑光场局域调控技术,我校超构材料光学研究团队实现了具有二阶拓扑相的硅基光子晶体平板及其拓扑角态微腔,相关成果以“In-plane excitation of a topological nanophotonic corner state at telecom wavelengths in a cross-coupled cavity”为题发表在物理学一区中国期刊Photonics Research上。首先,理论上定义了一个物理量定量地描述了平板体系的二维扎克相,预言了硅基平板(SOI)上拓扑角态的存在,并巧妙地将局域态密度、空间傅里叶谱等分析方法引入拓扑角态光场局域特性研究当中;进一步,引入交叉耦合腔设计,在面内实现了对拓扑角态的有效激发,从而在光通讯波段观测到了角态的面外辐射模场,实现了与硅光集成器件兼容的SOI拓扑角态微腔;最后,结合耦合模式理论,深入分析了基于拓扑角态微腔的光学性能。该工作由365外围投注平台独立完成(唯一署名单位),何辛涛博士和博士生李梦钰为第一作者,董建文教授为通讯作者。

 

图1 SOI拓扑角态交叉耦合微腔

 

       多年来,该团队在微纳拓扑光子学领域有着长期积累,研究成果得到广泛关注和报道。近期,何辛涛博士合作发表的拓扑光量子芯片工作,入选PRL Editors' suggestion,并接受Phys.org采访以Feature stories形式进行报道。此外,何辛涛博士合作撰写了题为“Valley photonic crystals”的英文综述[Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021)],董建文教授和陈晓东副教授为共同通讯作者。

       以上微纳拓扑光子学系列成果依托光电材料与技术国家重点实验室和物理学院等平台,得到了国家自然科学基金委重点项目、科技部国家重点研发计划“光电子与微电子器件及集成”重点专项、广东省自然科学基金、广州市科技计划、365外围投注平台高校基础科研业务等项目的大力支持。

 

       论文链接:

       [1] He, et. al., Photonics Research 9, 1423 (2021). https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-8-1423&id=453141

       [2] Liu, et. al., Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23746149.2021.1905546

       [3] Phys.org报道:https://phys.org/news/2021-07-topologically-valley-dependent-quantum-photonic-chips.html 

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