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我校青年教师柯少林在非厄米拓扑光子学领域取得新进展
2021-07-19 17:50  

本网讯(通讯员 陈正超)金沙娱场城3983、数理学院柯少林副教授,依托光学信息与模式识别湖北省重点实验室,在非厄米光子拓扑绝缘体研究领域取得一系列研究进展,相关成果发表在《光学快报》(Optics Letters,1篇)、《物理评论A》(Physical Review A,1篇)、和《光学快讯》(Optics Express,2篇)国际著名期刊上。

如何有效地控制光子传输不仅具有重要的基础研究意义,也对实现下一代光学集成芯片起着至关重要的作用。然而目前的光器件主要依赖于MZ干涉仪,其大规模的集成受到串扰和缺陷或者无序扰动引起的散射这两个重要问题。而最近几年,人们将拓扑这个新自由度引入到光学系统,为控制光子传播提供了新方法。利用受拓扑保护的边界态,能够有效减小结构中的缺陷和无序扰动引起的背向散射和传输损耗。这种拓扑保护通道的数目和存在条件通常可以通过体边对应关系来确定。然而在考虑到结构中增益和损耗的作用,体边对应关系受到了极大地挑战。微环谐振腔是光子集成中的重要元件,一直是人们研究的重点。针对如何在微环谐振腔中实现非厄米拓扑绝缘体并对光子进行调控这一主题,柯少林博士做出了系列工作,为微纳结构中实现稳定的光子传播提供了新的方案,有望应用于低功率滤波器、激光器和吸波元件。

3月15日,美国光学学会旗下著名期刊《光学快报》在线刊发了柯少林博士题为《Square-root non-Bloch topological insulators in non-Hermitian ringresonators》的研究论文。平方根拓扑绝缘体是最近提出的一种新型绝缘体,其复杂的拓扑性质可以通过对原始哈密顿量的数学变换来解释。这项工作将平方根拓扑绝缘体扩展到微环谐振阵列中,通过引入虚规范势建立了环形腔非厄米非对称耦合的模型。平方根绝缘体既继承了原系统的非布洛赫特性和趋肤效应,又表现出额外的拓扑效应。

6月14日,美国物理学会旗下物理学权威期刊《物理评论A》在线刊发了柯少林博士题为《Photonic non-Bloch quadrupoletopological insulators in coupled ring resonators》的研究论文。该论文提出了利用微环谐振器来构造非布洛赫四极子拓扑绝缘体的方法。利用连接环可以方便地引入负耦合和非厄米不对称耦合,而耦合的大小和不对称程度可以分别通过空间间隔距离和增益损耗量灵活调节。随后,具体研究讨论了趋肤模和拓扑角模的存在条件和物理起源,并证明了二阶趋肤模的位置依赖于模式的转动方向。

实现高阶非布洛赫拓扑绝缘体的等效晶格、耦合实现方式和微环阵列结构示意图

  

7月19日美国光学学会旗下著名期刊《光学快讯》在线刊发了柯少林博士题为《Steering non-Hermitian skin modes by synthetic gauge fields inoptical ring resonators》的研究论文。该研究指出,在微环谐振腔中并不需要直接产生非厄米非对称耦合,而利用光子合成规范势和增益损耗相互作用也能产生趋肤效应,为实验观测提供了更直接的方案。

7月16日《光学快报》再次刊发了柯少林博士题为《Non-Hermitian flat bands in rhombic microring resonator arrays》的研究论文。该研究利用微环阵列实现了由非厄米引起的平带局域,并系统地解释了平带和拓扑之间的联系,为解释平带系统的拓扑起源提供了重要方法。

这四项工作是与华中科技大学教授祝雪丰、王兵以及博士生林泽锟、丁露合作完成的,柯少林博士为这几篇论文的通讯作者。以上工作得到了国家自然科学基金的支持。

(审稿 陈君)

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