A Silicon-on-Insulator Slab for Topological Valley Transport
绝缘体上硅（SOI）通过取代它们的一些电对应物来实现现代信息处理系统的能力改进。随着SOI平台的小型化，抑制背散射成为通信中避免能量损失和信号失真的核心问题之一。Valley是一种新的自由度，它为拓扑鲁棒的信息传输和光的单向流动提供了一种有趣的方法，特别是对于拓扑纳米光子学中仍然存在挑战的亚波长策略。在这里，我们实现了SOI谷型光子晶体（VPC）平板的拓扑输运。在这种反转不对称板中，布里渊区拐角附近的奇异Berry曲率保证了光锥下方的谷依赖拓扑边缘状态，保持了面内鲁棒性和面外辐射之间的平衡。沿着两个具有紧凑尺寸（< 10 μ m）的尖锐弯曲VPC接口观察到电信波长的拓扑鲁棒传输，显示出约10%带宽的平顶高传输。此外，拓扑光子路由实现在有胡子的堆栈VPC接口，起源于宽带单向激发的谷手性锁定的边缘状态，通过使用微盘作为相位涡旋发生器。SOI平台中谷的控制不仅展示了集成光子器件的原型，其在基于拓扑纳米光子学的信息处理中的延迟线、路由、光隔离和密集波分复用等方面具有很好的应用前景，而且为在非Hermitain系统中观察非平凡态打开了一扇新的大门。
2018-05-28 physics.optics
Valley-Hall-like second-order photonic topological insulators in Kagome lattice
在具有C3 v点群对称性的Kagome晶格光子晶体中设计了谷-霍尔型二阶光子拓扑绝缘体。光子晶体由纯电介质材料中的圆形空气孔组成。与传统的谷-霍尔光子拓扑绝缘体不同，该绝缘体具有量子化电极化的强度描述的拓扑不变量.通过调整结构尺寸可以实现拓扑转变，拓扑边态出现在不同拓扑相的光子晶体之间的界面，保持了谷-霍尔光子绝缘体的重要特性，如谷输运和小的后向散射。所提出的光子晶体也支持在斜角处的零维角态，显示其二阶拓扑绝缘体特征。本工作提出了在同一平台上实现拓扑保护反射抑制波导和局部腔的可能性。
2020-07-01 physics.optics
Topological valley crystals in a photonic Su-Schrieffer-Heeger (SSH) variant
二维材料的研究进展表明，谷作为六边形第一布里渊区的能量极值，为信息操纵提供了一个新的自由度。在此基础上，构造了在边界上支持这种极化边缘态的谷霍尔拓扑绝缘体。在变形Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型的光子学意义下，提出了一种由六个可调介质三角柱构成的二维谷型光子晶体.我们揭示了谷态的涡旋性质，建立了谷极化态的选择规则。基于谷型拓扑结构，设计了菱形分束波导，验证了谷型手性选择的正确性。我们的数值结果表明，这种拓扑保护的边缘态仍然保持鲁棒的传输在尖锐的角落，今后提供了一个可行的想法谷光子器件在太赫兹制度。
2022-09-27 physics.optics
Impact of transforming interface geometry on edge states in valley photonic crystals
本文通过近场测量与传输模拟，研究谷光子晶体界面从锯齿形变为滑移面对边缘态色散、带隙、慢光及抗背向散射鲁棒性的影响。
2023-10-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Insulator Laser Using Valley-Hall Photonic Crystals
拓扑光子学最近被证明是一个强大的框架操纵光。特别是有源拓扑光子系统，通过采用非线性光-物质相互作用实现了更丰富的基础物理，从而为拓扑激光等应用开辟了新的前景。在这里，我们报告了一个全介质拓扑绝缘体激光器方案的基础上形成的半导体腔的拓扑不同的可果美光子晶体。由于光子谷霍尔效应的存在，平面半导体Kagome晶格可以在光传输线以下产生宽带边缘态，这为恢复非平凡光子拓扑结构和发展集成拓扑系统提供了一条新的途径.
2020-01-10 physics.optics
Transport of topologically protected photonic waveguide on chip
本文提出利用具有相反谷陈数的光子晶体之间的狄拉克点波导，为片上拓扑光子波导引入宽度自由度，并据此设计了高效能量集中器和任意比例功率分配器，为集成光子网络提供了灵活平台。
2023-04-25 physics.app-ph physics.optics
Scattering-Free Optical Edge States between Heterogeneous Photonic Topological Insulators
我们提出了一套三个简单的光子平台，能够模拟量子拓扑绝缘相对应的霍尔，自旋霍尔，谷霍尔效应。结果表明，任何两个异质光子拓扑绝缘体之间的界面支持无散射表面态。这种拓扑保护表面波的自旋和谷自由度特征决定了它们通过由多个异质界面组成的复杂光子电路的独特路径。
2015-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Fano Resonances
Fano共振是一种广泛存在的波散射现象，与一种特殊的非对称和超尖锐的线形相关联，它已在各种各样的突出光学器件中得到应用。虽然它对几何和环境变化的高度敏感性使其成为高效传感器的基石，但它也使基于Fano的系统的实际实现极具挑战性。在这里，我们引入拓扑Fano谐振的概念，其超尖锐的非对称线的形状是由设计保证和保护免受几何缺陷，但仍然对外部参数敏感。我们报告的实验观察到这样的共振声系统，并证明其固有的鲁棒性几何紊乱。这种拓扑保护的Fano谐振，也可以在微波，光学和等离子体系统中找到，通过避免无意的制造缺陷引起的性能退化，为产生各种可靠的基于波的设备开辟了令人兴奋的前沿，包括低阈值激光器，完美的吸收器，超快开关或调制器，以及高度精确的干涉仪。
2018-09-14 physics.app-ph physics.optics
Topological photonic integrated circuits based on valley kink states
谷赝自旋是光子晶格中一种新的自由度，它为光子的操纵和增强光网络的鲁棒性提供了一种有趣的方法。在这里，我们实验证明了拓扑波导，折射，谐振，并在集成电路谷偏振光的路由。具体地说，我们发现，在不同拓扑谷相位的光子晶体之间的畴壁，存在一个拓扑保护的谷扭结状态，是背散射自由在急弯和终端。我们进一步利用这些谷扭结态来构造具有弯曲形状腔几何形状的高Q拓扑光子晶体腔。我们还展示了一种新的光学路由方案在多个谷扭结态的交叉点，在那里，由于光子的谷赝自旋光分裂违反直觉。这些结果不仅将导致稳健的光通信和信号处理，而且还为激光、量子光子对产生和光力学等领域的拓扑光子学基础研究打开了大门。
2019-08-10 physics.app-ph physics.optics
Second-harmonic generation via double topological valley-Hall kink modes in all-dielectric photonic crystals
非线性拓扑光子学探索了拓扑相位和非线性光学领域的共同主题，有望开辟拓扑光子学的新范式。在这里，我们展示了二次谐波产生（SHG）通过双拓扑谷霍尔扭结模式在全介质光子晶体（PhCs）的非线性相互作用。我们首先表明，两个拓扑频率带隙可以创建周围的一对频率，$ω_0$和$2ω_0$，通过缺口出相应的狄拉克点在二维蜂窝光子晶体。在两个频率带隙内产生了沿着以镜像对称方式放置在一起的两个光子晶体之间的扭结型畴壁界面的谷-霍尔扭结模式。重要的是，通过全波模拟和模式色散分析，我们表明，可调谐的，双向相位匹配的SHG通过两个带隙内的谷霍尔扭结模式的非线性相互作用，可以实现。特别是，通过使用与谷霍尔扭结模式的磁性部分相关联的斯托克斯参数，我们引入了一个新的概念，SHG定向二向色性，这是用来表征用于感测手性分子的光学探针。我们的工作开辟了新的途径，拓扑保护的非线性混频和有源光子器件实现在全介质材料平台。
2021-04-07 physics.optics
Simulating Topological Robustness of Fano Resonance in Rotated Honeycomb Photonic Crystals
具有独特的超尖锐、非对称线形和高品质因数Q的Fano共振是广泛发生的现象，其具有多种光学、等离子体和微波表现。在本文中，我们探讨了Fano谐振模式的特征鲁棒性，这是通过制造带反转引起的破坏的镜像对称性的二维蜂窝光子晶体（HPC），与C_6点群对称性的拓扑保护。因此，在狄拉克锥打开所形成的带隙中出现了暗和亮的拓扑边缘模。暗模和亮模的相消和相长干涉导致Fano共振的非对称线形。Fano谐振模式对环境和几何扰动非常敏感，可应用于传感器设计。在这里，我们证明了拓扑Fano共振模式在存在无序、缺陷和腔的情况下保持其非对称、超尖锐的线形，这具有有用的光学器件应用，例如在低阈值激光器和极其精确的干涉仪中
2020-05-30 physics.app-ph physics.optics
Optically reconfigurable quantum spin-valley Hall effect of light in coupled nonlinear ring resonator lattice
光在拓扑光子系统中的散射免疫传播可能会彻底改变用于信息处理和通信的集成光子电路的设计。在光学中，基于量子自旋霍尔效应或量子谷霍尔效应的经典模拟，已经开发出各种光子拓扑电路。另一方面，谷自由度和自旋自由度的结合可以导致一种新的拓扑输运现象，称为量子自旋谷霍尔效应（QSVH），它可以进一步扩大拓扑保护的边缘通道的数量，将是有用的信息复用。然而，在大多数已知的材料平台上实现QSVH是具有挑战性的，因为需要单独打破（伪）费米子时间反演（T）和宇称对称性（P），但保持组合对称性S=TP不变。在这里，我们提出了一个实验上可行的平台，实现QSVH的光，基于耦合环形谐振腔介导的光学克尔非线性。由于交叉模调制（XMM）的固有灵活性，探测光之间的耦合可以以可控的方式进行设计，使得自旋相关的交错子晶格势出现在有效哈密顿量中。在实验上可行的泵浦条件下，我们证明了自旋谷霍尔诱导的拓扑边缘态的存在。我们进一步证明，这两个自由度，即，可以以可重构的方式同时操纵自旋和谷，以实现自旋谷光子学，使自由度加倍，以增强光通信系统中的信息容量。
2021-02-17 physics.optics
Topological chiral edge states in deep-subwavelength valley photonic metamaterials
拓扑谷光子学是光子学的一个新的前沿领域，具有广泛的应用前景。以前的谷边界输运依赖于两个拓扑结构不同的域之间的内部边界处的扭结态。然而，最近的研究揭示了一类新的拓扑手性边缘态（CES）在谷材料的外部边界，这在光子学中仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出并实验证明了拓扑CES谷光子超材料（VPMM）通过精确地调整现场边缘电位。此外，VPMMs工作在深亚波长尺度。因此，支撑的CES是高度受限的和自引导的，而不依赖于包覆层来防止泄漏辐射。通过直接的近场测量，我们观察到体带隙，边缘色散，和强大的边缘传输通过尖角，这是标志的CES。我们的工作为探索谷光子学中的新型拓扑边缘态铺平了道路，并揭示了鲁棒和小型化的光子器件。
2021-08-23 physics.app-ph physics.optics
GaAs valley photonic crystal waveguide with light-emitting InAs quantum dots
我们报道了一种谷型光子晶体（VPhC）波导在GaAs平板与InAs量子点（QDs）作为内部光源开发的波导的实验特性。在两个拓扑不同的VPhCs之间的界面处形成的拓扑界面态被用作波导模式。我们证明了强大的传播近红外线发射的量子点，即使在存在尖锐的弯曲作为一个后果的拓扑保护的导模。我们的工作将是重要的，为开发强大的光子集成电路与小的足迹，以及探索有源半导体拓扑光子学。
2019-04-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Wide-mode-area slow light waveguides in valley photonic crystal heterostructures
提出在平板型VPhC异质结中利用中心类石墨烯PhC和晶格偏移实现宽模场、低群速度的拓扑单模慢光波导，并验证其对小孔径波动具有较高透射鲁棒性。
2024-04-03 physics.optics
Fano resonances of microwave structures with embedded magneto-dipolar quantum dots
铁磁样品中的长程偶极-偶极关联可以用整个系统的集体激发来处理。线性尺寸小于退相长度，但仍远大于交换相互作用尺度的铁氧体样品是介观结构。最近的研究表明，介观准二维铁氧体圆盘具有人工原子结构的独特性质：能量本征态、本征功率流涡旋和本征螺旋度参数。由于这些特性，铁氧体圆盘中的MDM能够将微波辐射限制到亚波长尺度。在微波结构与嵌入MDM铁氧体样品，可以观察到量子化的领域与拓扑结构的独特特征。使用准2D铁氧体盘散射器，沿着信道传播方向具有内部MDM共振谱，可以显著地改变传输。在本文中，我们表明，MDM铁氧体颗粒与其环境的相互作用与自然和人工原子结构中观察到的Fano共振干涉有很深的相似性。我们将所观察到的效应表征为MDM量子点中的Fano共振干涉。
2013-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical control of topological valley transport in graphene metasurfaces
我们证明了克尔效应对石墨烯超颖表面中谷-霍尔拓扑输运的影响可以用来实现全光开关。特别地，通过利用石墨烯的大克尔系数，拓扑保护的石墨烯超颖表面的折射率可以经由泵浦光束来调谐，这导致超颖表面的光子带的光学可控频移。这种光谱变化又可以容易地用于控制和切换石墨烯超颖表面的某些波导模式中的光信号的传播。重要的是，我们的理论和计算分析表明，光开关ON/OFF信号所需的阈值泵浦功率强烈依赖于泵浦模式的群速度，特别是当器件在慢光区工作时。这项研究可能会开辟新的途径，主动光子纳米器件的基本功能源于他们的拓扑特征。
2023-01-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Engineering zero modes, Fano resonance and Tamm surface states of 'bound states in the gapped continuum'
在这篇文章中，我们发展了一个广义耦合模理论，用于将孤立态与带隙连续体混合，以统一带隙保护零模、Fano共振和Tamm表面态的工程机制，尽管这些现象在物理和光学的许多分支中是不同的。通过调节孤立态的就地势和耦合强度，我们发现了从零模、Fano共振到Tamm模的工作特征，并明确展示了“带隙连续统中的束缚态”（BIGC）的局域化、传输谱和独特的演化动力学。作为扩展，我们在BIGC框架中设计了两种类BIGC结构：（1）“隔离-连续-隔离”（ICI）结构，它导致绝热消除技术和拓扑保护边缘态;（2）“连续-隔离-连续”（CIC）结构，它导致畴壁动力学。最后，我们提出了修改的Su-Schrieffer-Heeger二聚晶格的光波导阵列（WA）模型，以实现这些有趣的工程过程，同时阐明了在光子学和凝聚态的连续统中的束缚态的推广。
2018-11-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Experimental demonstration of topological slow light waveguides in valley photonic crystals
实验研究了谷型光子晶体中的拓扑慢光波导。我们采用了两个拓扑结构不同的VPhCs图案化的空气桥接的硅板之间形成的胡须接口。该接口支持灯光线下的拓扑和非拓扑慢光模式。利用光学显微镜观察了慢光区的拓扑模光传输，群指数为$n_{\rm g}$/$30$。此外，我们证实了即使在尖锐的波导弯曲的存在下，通过慢光模式的光传输。在拓扑和非拓扑模式之间的比较，我们发现，拓扑模式表现出更有效的波导比平凡的，阐明在慢光制度的拓扑保护。这项工作为探索与现有光子学技术兼容的拓扑慢光器件铺平了道路。
2021-02-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
A topological photonic ring-resonator for on-chip channel filters
提出了一种在谷型光子晶体中形成的拓扑保护环形谐振腔，并在硅平板上制作了这种环形谐振腔。说明了其谐振模式的单向传输特性和对结构缺陷的鲁棒性。与拓扑波导耦合，拓扑环起到陷波和通道压降滤波器的作用。该工作为开发具有拓扑光子学特性的先进芯片集成光子电路开辟了一条新的途径。
2021-05-15 physics.optics
Topologically-protected single-photon sources with topological slow light photonic crystal waveguides
慢光波导对于实现集成量子光子电路（IQPC）的可扩展操作所需的高性能单光子源是有利的，尽管已知这样的波导由于后向散射而遭受传播损耗。克服该缺点的一种方法是使用拓扑光子学，其中最近已经证明了拓扑保护光学模式中的鲁棒波导。在这里，我们报告的单光子源使用单量子点（QD）嵌入拓扑慢光波导的基础上谷光子晶体。我们观察到Purcell增强的单光子发射从一个量子点到一个拓扑的慢光模式与一个组指数超过20，其强大的传播，即使在存在尖锐的弯曲。这些结果为实现IQPC不可或缺的鲁棒性和高性能单光子源铺平了道路。
2022-07-16 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Topological Valley Hall Edge State Lasing
与传统激光器相比，基于拓扑保护边缘状态的拓扑激光器提供了独特的功能和增强的操作鲁棒性，即使在存在无序、边缘变形和局部缺陷的情况下。在这里，我们提出了一类新的拓扑激光器所产生的谷霍尔边缘状态，它不需要外部磁场或动态调制的设备参数。具体地说，拓扑激光发生在两个蜂窝波导阵列之间的畴壁空间反转对称性破缺。沿畴壁的增益景观的塑造，发现两种类型的谷霍尔边缘激射模式。在存在均匀损耗和双光子吸收的情况下，边缘态的激光导致形成位于结构边缘的稳定非线性耗散激发，即使它具有复杂的几何形状，即使它是有限的。激光状态的鲁棒性在周期性和有限的结构中都得到了证明，这种状态可以绕过尖角而没有散射损失或辐射到体中。这里提出的拓扑激光的光子结构和机制是从根本上不同于那些以前证明的拓扑激光器，并可用于各种几何形状的实际拓扑激光器的制造。
2019-12-30 nlin.PS physics.optics
Broadband localization of light at the termination of a topological photonic waveguide
本文实验证明在拓扑光子波导的设计终端处，通过近保持谷自由度抑制背向散射，可在不破坏时间反演对称性的情况下实现宽带光局域增强。
2025-01-02 physics.optics
On-chip topological transport of optical frequency combs in silicon-based valley photonic crystals
本文实验演示了通信波长下硅基谷光子晶体中光学频率梳的片上拓扑传输，利用微环谐振器同时实现了量子频率梳与耗散克尔孤子梳，并证明谷扭结态使其对急转弯具有鲁棒性，为集成光子系统带来固有鲁棒性。
2023-10-24 physics.optics quant-ph
Annihilation of exceptional points from different Dirac valleys in a 2D photonic system
拓扑物理学依赖于携带拓扑电荷的哈密顿本征态奇点的存在，如量子涡旋、狄拉克点、外尔点和--在非厄米特系统中--例外点（EP）、线或面。它们只出现在由费米弧连接的成对中，并且与厄米奇点有关，例如狄拉克点。带有相反电荷的二维狄拉克点的湮灭已经被实验报道。它仍然难以捉摸的外尔点和二阶EP终止不同的费米弧。在这里，我们观察到湮灭的二阶EP从不同的狄拉克点形成不同的山谷。研究了一种具有压控双折射和TE-TM光子自旋轨道耦合的液晶微腔。两个相邻的模式可以用一个两带的厄米哈密顿量来描述，该哈密顿量显示了两个拓扑相位，具有两个相同符号或四个相反符号的狄拉克点（谷）。非厄米性是由极化相关损失提供的，它将狄拉克点分成由费米弧连接的EP对。我们通过增加非厄米性度来度量它们的拓扑荷和控制它们在倒易空间中的位移。来自不同山谷的相反电荷的EP相遇并湮灭，将不同的费米弧连接成一条闭合线。这种非厄米拓扑跃迁只在哈密尔顿算子的厄米部分拓扑平凡（有四个谷）时发生，但与厄米跃迁不同。我们的研究结果提供了新的视角的多功能操纵的EP，打开了新的领域的非厄米谷物理。
2021-12-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Wide-field stroboscopic imaging of topologically protected phononic modes
本文提出一种频率失谐准直光束干涉与频闪脉冲探测相结合的宽场成像方法，实现了对Valley-Hall拓扑三角腔中兆赫兹声子模式的高分辨率成像，并揭示了背散射与模式分布的关系。
2025-10-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Direct quantification of topological protection in symmetry-protected photonic edge states at telecom wavelengths
基于模拟量子谷霍尔效应的定制光子晶体（PhC）的拓扑片上光子学由于其对经典和量子信息的鲁棒单向传输的承诺而最近获得了广泛的兴趣。我们提出了一个直接的定量评估的拓扑光子边缘本征态及其传输特性的电信波长范围内使用相位分辨近场光学显微镜。实验可视化的详细的亚波长结构，这些模式沿两个拓扑非平凡的镜像对称晶格之间的界面传播，使我们能够映射它们的色散关系，并区分几个高阶布洛赫谐波的贡献。由其相速度定义的前向和后向传播模式的选择性探测使得能够直接量化拓扑鲁棒性。研究控制缺陷中的近场传播允许提取上限，以拓扑保护在芯片上的光子系统相比，传统的光子晶体波导。我们发现，受保护的边缘状态是两个数量级更强大的相比，传统的光子晶体波导。这种拓扑鲁棒性的直接实验量化包括在集成光子学中应用拓扑保护指导的关键一步，允许前所未有的无错误光子量子网络。
2020-08-24 physics.optics
Chiral topological photonics with an embedded quantum emitter
拓扑光子学界面支持具有螺旋特征的拓扑非平凡光学模式。当与具有圆偏振跃迁偶极矩的嵌入式量子发射器结合时，由于自旋动量锁定而形成手性量子光学界面。在这里，我们通过实验实现这样的接口集成半导体量子点到山谷霍尔拓扑光子晶体波导。我们利用强大的波导传输创建一个环形谐振器，支持螺旋模式。量子点跃迁的手征耦合，方向对比度高达$75\%$，被证明。该接口还支持一个拓扑平凡的模式，与之相比，使我们能够清楚地证明拓扑提供的保护，以非平凡的模式。
2020-10-28 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Topological edge states in photonic Floquet insulator with unpaired Dirac cones
本文提出一种蜂窝晶格光子Floquet绝缘体，其光谱具有不成对狄拉克锥，可在相反子晶格失谐区域边界支持无谷间散射的单向拓扑边缘态，并用非零谷陈数表征其拓扑性质。
2024-07-06 physics.optics
