利用拓扑边缘态的稳健性来革新纳米光子学
发布时间：2023-06-08 08:00:00 阅读数： 176
拓扑学和纳米光子学因其所具有的特殊性质而引起了人们的广泛关注。拓扑边缘状态（TES）的研究是一个集中的领域。由于它们对错误和缺陷有很强的抵抗力，这些状态已经引起了很多人的注意。
操纵拓扑边缘状态的光通道切换器。图片来源：Bing-Cong Xu
从拓扑学上具有挑战性的相位中出现的TES，为设计光子集成电路的架构布局提供了一个有效的工具箱。
TES传输已经导致发现了一些迷人的光学效应和应用，如定向耦合器、单向波导、锁模波导和环形谐振器阵列中的伪素传播。
最近，科学家们通过研究绝热调制、非线性效应和复杂编织等方法，扩大了改变TES的尝试。光学系统已经揭示了各种显著的现象，包括边缘到边缘的拓扑传输和可调节的拓扑状态定位。
对于前沿技术和应用的发展，如能源和信息路由、非线性光子学和量子计算，这些现象具有巨大的前景。
现有的方法尚未对TES之间的相互作用给予重要考虑，这些方法集中在控制TES上。通过加强TES之间的耦合，可以实现在拓扑晶格的各个区域交换光能的能力，这可以帮助更精确地调节TES的运动。
来自中国华中科技大学（HUST）光学与电子信息学院（OEI）和中国武汉光电子国家实验室（WNLO）的一个科学家团队取得了重大进展。
他们创造了一种突破性的方法来有效地管理硅绝缘体（SOI）设备上的光通道切换器的TES传输，发表在Advanced Photonics上。他们的研究采用了Landau-Zener（LZ）模型来研究四级波导晶格中的边对边通道转换。
他们开发了一种不同的、有效的、动态的方法，通过利用双单元光学晶格中的有限尺寸效应来调节和控制拓扑模式的运动。
他们使用的波导晶格类似于一种被称为切尔恩绝缘体的二维材料，这种材料已知具有拓扑结构。
随着单元格数量的减少，TESs按照LZ模型发展，研究人员能够动态地控制TESs，并通过应用LZ单带演化原理实现近乎完美的通道转换。
拓扑LZ纳米光子器件可以在各种不同的应用中使用。它们可以被利用为在某些光波长下工作的开关。它可以通过在各种系统中加入LZ动力学而产生手性通道转换。
这种方法可以扩展到更复杂的波导格子，实现更复杂的设备。
研究人员发现，这些拓扑LZ光学器件具有高度的弹性，这意味着即使在某些参数被修改时，它们也能继续发挥作用。
这为开发实用的设备打开了大门，如用于计算机芯片上的路由网络的光开关，或能在波导中结合或分割众多信号的设备。
参考资料：Xu, B.-C., et al. (2023) Topological Landau–Zener nanophotonic circuits. Advanced Photonics. doi:10.1117/1.AP.5.3.036005.
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