武漢光電國(guó)家研究中心陳林團(tuán)隊(duì)拓?fù)浼晒饴纷钚卵芯堪l(fā)布

6月2日，武漢光電國(guó)家研究中心陳林教授聯(lián)合香港大學(xué)張霜教授，新加坡國(guó)立大學(xué)的仇成偉教授和中國(guó)國(guó)家納米科學(xué)中心董鳳良教授，在《先進(jìn)光子學(xué)》（Advanced Photonics）發(fā)表最新研究進(jìn)展“Topological Landau–Zener nanophotonic circuits”。

拓?fù)浼晒饴肪哂恤敯粜?，可以有效提升系統(tǒng)對(duì)于加工誤差的容忍度，因而受到廣泛關(guān)注。通過對(duì)拓?fù)溥吔鐟B(tài)的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)光子態(tài)的量子化泵浦輸運(yùn)、非阿貝爾編織、單向傳輸，這些研究成果可以被用來(lái)開發(fā)耦合器、光開關(guān)、復(fù)用／解復(fù)用器等基礎(chǔ)光路單元，從而有效提升光計(jì)算、光互連網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)周期性拓?fù)涔獠▽?dǎo)陣列的單元數(shù)目降低時(shí)，受到拓?fù)浔Ｗo(hù)的閉合能帶會(huì)因?yàn)橛邢蕹叽缧?yīng)而打開。在這種情況下，拓?fù)溥吔鐟B(tài)在帶隙處會(huì)經(jīng)歷朗道－齊納隧穿和朗道－齊納單帶演化兩種動(dòng)態(tài)過程，并且拓?fù)溥吔鐟B(tài)參與兩種動(dòng)態(tài)過程的比例由其演化速度決定。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，朗道－齊納隧穿使得邊界態(tài)局域在波導(dǎo)陣列的一個(gè)邊界上，而朗道－齊納單帶演化中，邊界態(tài)將會(huì)從一個(gè)邊界演化到另一個(gè)邊界。利用邊界態(tài)的這一動(dòng)態(tài)演化性質(zhì)，設(shè)計(jì)了通過器件長(zhǎng)度、波長(zhǎng)、耦合強(qiáng)度控制邊界態(tài)演化速度，進(jìn)一步控制邊界態(tài)是否切換邊界位置的信道轉(zhuǎn)換器。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在1550nm波長(zhǎng)處存在接近100％的信道轉(zhuǎn)換效率。本工作通過獨(dú)特的有限尺寸波導(dǎo)陣列設(shè)計(jì)，利用朗道－齊納動(dòng)力學(xué)原理調(diào)控拓?fù)溥吔鐟B(tài)，提出了一種新的光波控制方法，該方法有望運(yùn)用到更加復(fù)雜的情況，將非厄米體系、非阿貝爾編織、高階拓?fù)湎嗟任锢砀拍钔茝V到光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用之中。在本工作中設(shè)計(jì)的信道轉(zhuǎn)換器也能夠作為一個(gè)基礎(chǔ)單元功能參與到光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中耦合器、路由器、復(fù)用／解復(fù)用器的開發(fā)中。

來(lái)源：武漢光電國(guó)家研究中心