Accidental and symmetry-protected bound states in the continuum in planar photonic-crystal structures, studied by the resonant-state expansion
共振态展开（RSE）提供了一个精确和计算成本低的工具，找到谐振态在复杂系统使用一个简单的系统作为基础的光学模式。我们将RSE应用于光子晶体平板，以识别和分析其在连续谱（BIC）中的束缚态。我们表明，RSE是一个有用的和可靠的方法，不仅找到BIC，但也区分意外和安全保护BIC，以及了解它们的形成从基本模式和演化与系统的结构和材料参数。RSE的高效率使我们能够跟踪BIC和其他高质量光学模式的特性，在合理的时间范围内覆盖系统的整个参数空间。
2020-09-28 physics.optics
Two dimensional photonic quasicrystal edge states protected by second Chern number
近年来，光子系统中的拓扑物理引起了人们的极大关注。本文从理论上研究了一维和二维光子准晶谐振腔晶格的第一和第二陈数特征，它们在光子带隙内表现出奇异的边界态。特别是，第二陈数保护的边缘状态开辟了新的可能性，实现拓扑物理的维度高于三个光子系统，这是高度寻求。这样的光子系统可以很容易地在实验中实现在空气中的介质棒的规则光子晶体，通过改变杆的半径，所以我们提出了实现我们的预测的实验。
2015-04-15 cond-mat.mes-hall 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
Topologically protected midgap states in complex photonic lattices
设计光子晶体的主要目标之一是设计带隙和缺陷态。利用带结构拓扑的概念，我在这里描述的形成指数本地化，拓扑保护的带隙状态在光子系统中的空间分布的增益和损耗。当增益和损耗被适当地安排时，这些状态维持它们的拓扑保护，然后获得选择性可调谐的放大率。这在沿光子晶格的光束动力学和准一维光子晶体的激光中找到了应用。
2013-01-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Valley-protected backscattering suppression in silicon photonic graphene
本文研究了全介质硅光子石墨烯的谷自由度。从非零谷陈数的观点重新讨论了反转对称性破缺下的光子带隙开放物理。通过观察时变电场，揭示了具有相反轨道角动量的体谷模。光子狄拉克哈密顿量很好地说明了拓扑跃迁。研究了Z形弯曲波导的谷相关边缘态和谷保护后向散射抑制。
2016-02-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Excitation of Symmetry Protected Modes in a Lithium Niobate Membrane Photonic Crystal for Sensing Applications
我们的理论研究揭示了一个机会，开发一个电场传感器的基础上开发的对称保护模式（SPM），我们激发的电光材料，即锂的LiNbO3（LN）。SPM是由光子晶体（PhC）的离散Bloch模和薄膜的连续模结合而产生的类Fano暗共振。黑色的特征与具有高度对称性的结构几何形状有关。SPM激发，然后madepossible由于照明下小斜入射打破了对称性的配置。这导致在电信光谱范围内具有高达10 ^5的高品质因数的几个超灵敏和可调谐的Fano类共振。这些共振中的一些在LN内提供了高度受限的电场。这种限制使得电光普克尔斯效应的增强系数高达4 × 10^5，从而加剧了所设计传感器的检测灵敏度。
2020-07-27 physics.optics
Topologically protected second-harmonic generation via doubly resonant high-order photonic modes
拓扑驱动的非线性光-物质效应为拓扑光子学和非线性光学开辟了新的范例。在这里，我们提出在二阶光子拓扑绝缘体中实现高效率的二次谐波产生。该系统具有高局域化的拓扑角态，其基波和二次谐波的品质因数都很大，通过简单地调节结构参数，可以实现频率的完美匹配.通过双共振拓扑角态的非线性相互作用，预测了前所未有的频率转换效率。此外，对缺陷的非线性过程的鲁棒性也被证明。我们的工作开辟了新的途径拓扑保护的非线性频率转换使用高阶光子拓扑模式。
2021-11-30 cond-mat.other physics.optics
Three-dimensional photonic topological insulator induced by lattice dislocations
拓扑绝缘体的标志是波在拓扑保护的边缘通道中的无散射传播。这种传输在介质的外边缘上是严格手性的，因此即使在存在大量无序的情况下也能够绕过尖角和缺陷。在光子学中，二维拓扑边缘态已经在几个不同的平台上得到了证明，并且正在成为鲁棒激光器，量子器件和其他应用的有前途的工具。然而，三维光子拓扑绝缘体，特别是那些在所有3D中支持拓扑保护边缘状态的光子，迄今为止仍然在实验范围之外。在这里，我们展示了一个三维光子拓扑绝缘体与受保护的拓扑边缘状态。拓扑保护通过螺旋位错实现。为此，我们利用在二维光子波导阵列中的合成维数的概念，通过引入一个额外的模态维数，将系统转换成一个三维光子拓扑绝缘体。晶格位错赋予系统沿三维轨道传播的边缘态，具有类似于强光子拓扑绝缘体的拓扑保护。我们的工作为在光子科学和技术中利用三维拓扑结构铺平了道路。
2022-04-28 physics.optics
Experimental realization of topologically-protected all-optical logic gates based on silicon photonic crystal slabs
针对拓扑保护光学逻辑器件多停留在理论层面的问题，实验制备了七种基于硅光子平台的拓扑保护全光逻辑门，验证其在无序扰动下的鲁棒性，为未来光信号处理与计算提供了新方案。
2023-05-17 physics.app-ph physics.optics
Error protected qubits in a silicon photonic chip
原则上，通用量子计算机可以纠缠许多有噪声的物理量子比特，以实现防止错误的复合量子比特。基于测量的量子计算体系结构本质上支持错误保护量子比特，是构建全光子量子计算机的最可行方法。在这里，我们提出并展示了一个集成的硅光子架构，既纠缠多个光子，并编码多个物理量子位的单个光子，以产生错误保护量子位。我们实现了可重构的图形状态，比较了几种方案与纠错编码，并实现了一系列的量子信息处理任务。我们观察到的成功率从62.5%增加到95.8%时，运行相位估计算法没有和错误保护，分别。最后，我们实现超图状态，这是一个广义的一类资源状态，提供保护，防止相关的错误。我们的研究结果表明，如何量子纠错编码可以实现与资源有效的光子架构，以提高量子算法的性能。
2020-09-17 physics.optics quant-ph
Meron Spin Textures in Momentum Space
揭示了光子晶体平板中动量空间中的重子和反重子自旋织构。动量空间中的这些自旋纹理以前在电子或光子系统中都没有被注意到。破坏蜂窝状光子晶体的反转对称性会使布里渊区的角部处的狄拉克锥产生间隙。带隙附近的光子带的自旋织构呈现出一种重子或反重子。与电子系统不同，光子模式的自旋纹理直接表现在泄漏辐射的偏振中，因为狄拉克点可以在光线上方。自旋纹理提供了一种直接的方法来可视化局部Berry曲率。我们的工作突出了利用光子结构探索拓扑自旋纹理的重要机会，具有潜在的应用前景，可以通过拓扑鲁棒的方式来操纵光的偏振和其他模态特性。
2019-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Protected Photonic Edge States Induced By Real-Space Topological Lattice Defects
晶格中的拓扑缺陷（TD）是由于其实空间拓扑结构而不能通过局部扰动去除的基本晶格缺陷。我们发现，添加TD到一个山谷光子晶体产生的晶格向错，就像一个域壁和主机拓扑边缘状态。向错作用为连接一对拓扑电荷相反的TD的自由形式波导。晶格缺陷的实空间拓扑和能带拓扑之间的这种相互作用提供了一种新颖的方案，以实现具有鲁棒拓扑波导和谐振器的复杂布置的大规模光子结构。
2020-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological dissipative Kerr soliton combs in a valley photonic crystal resonator
本研究理论提出谷光子晶体谐振器方案，可产生天生具备拓扑保护特性的耗散Kerr孤子梳，揭示其演化规律与鲁棒性，为片上非线性光子器件提供新设计思路。
2023-07-25 physics.optics
Edge states protected by chiral symmetry in disordered photonic graphene
我们实验研究了非关联复合和结构无序对光子石墨烯的影响。我们发现，在结构无序的情况下，不仅保持了手征对称性，而且零能态密度消失。这与复合无序相反，复合无序中的手征对称性以及态密度的消失被破坏。我们的观察结果通过在无序光子石墨烯中的胡须边缘激发边缘态得到了实验证明。
2013-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topologically-protected superluminal pair annihilation in photonic time crystals
本文在光子时间晶体中引入时间Jackiw-Rebbi扭结，实现拓扑保护的相位选择性粒子对湮灭，表现为超光速级联但保持因果性，并构建非厄米晶格模型验证，为时变介质波操控提供新机制。
2025-10-10 physics.optics
Photonic realization of topologically protected bound states in domain-wall waveguide arrays
针对一类受畴壁调制的连续周期介质结构，给出了二维麦克斯韦方程组的拓扑保护光子态的解析理论.我们进一步数值证实了该理论对三维结构的适用性。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall math-ph math.AP
Protected Ion Beam Fabrication of Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides based Photonic Devices
本研究针对二维过渡金属二硫族化合物在聚焦离子束制备中易受损的问题，提出PMMA聚合物封装结合XeF₂辅助Ga离子束图案化的方法，可有效保留材料本征光学特性，为高性能二维TMDC光子器件的可扩展制备提供新路径。
2025-10-30 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 multiband photonic superlattices
当二聚体间耦合比二聚体内耦合强时，一维离散二聚体晶格具有拓扑保护的边缘态。在这里，我们解决了更丰富的拓扑性质的光子超晶格具有任意数量的元素在每个单位细胞。结果表明，超晶格提供了可调数量的拓扑保护的边缘和界面状态取决于一定的限制内和胞间耦合保持反演对称的晶格。同时和稳定的多个拓扑界面状态的传播，他们的干涉图案，和稳定的振荡。超晶格配置可以通过光子器件中的窄路径与拓扑保护的模分复用相关。
2018-10-19 physics.optics quant-ph
Photonic analogue of quantum spin Hall effect
对称性保护的光子拓扑绝缘体与量子自旋霍尔（QSH）相和拓扑绝缘体一样，具有强的赝自旋相关输运特性，在基础物理中具有重要意义.这种传输鲁棒性受到时间反演对称性的保护。由于电子（费米子）和光子（玻色子）遵守不同的统计规则，并与不同的时间反演算子（即，Tf和Tb），Kramers简并的光子对应物是否被玻色子Tb拓扑保护仍然未知。在强磁电耦合的二维光子晶体的带隙中，我们构造了两个光子赝自旋（左/右圆极化）的简并无带隙边缘态.我们进一步证明了拓扑边缘态实际上受到Tf而不是通常认为的Tb的保护，并且它们的伪自旋相关输运对Tf不变杂质具有鲁棒性，首次发现了光子的拓扑本质。我们的研究结果将为新型光子拓扑绝缘体铺平道路，并彻底改变我们对基本粒子拓扑物理的理解。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonics of topological magnetic textures
Martin-Luther Universität, Halle-Wittenberg（哈勒-维滕贝格马丁·路德大学）；University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）；Tbilisi State University（第比利斯国立大学）；Binghamton University, State University of New York（纽约州立大学宾汉姆顿分校）；Tsinghua University（清华大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本文提出了一种自洽理论和数值方法，研究拓扑磁性纹理与电磁场的相互作用，展示其在光子学中的应用潜力。
2025-12-18 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Topological Protection in Disordered Photonic Multilayers and Transmission Lines
Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型是具有非平凡拓扑的格的最简单的例子。它支持中隙拓扑保护态，其能量不受无序的影响。我们表明，光子多层结构提供了一个精确的实施SSH晶格，提供每一层具有相同的传播厚度。由此可见，传统半导体微腔中的腔模式是受保护的SSH中间带隙状态。我们证明了这一点，在一个数学上等效的系统，一个射频传输线的同轴电缆的高阻抗和低阻抗的部分使用受控的障碍实验。我们还从理论上表明，传输线连接形成网络映射到拓扑有趣的晶格在更高的维度。
2021-02-06 physics.optics
Topologically protected defect states in open photonic systems with non-hermitian charge-conjugation and parity-time symmetry
我们表明，拓扑保护的缺陷状态可以存在于开放（泄漏或有损）系统，即使这些系统是拓扑平凡的封闭限制。这些态出现在连续介质中，因此没有带隙，并且通过例外点（发生在具有广义时间反演对称性的开放波和量子系统中的光谱跃迁）或通过电荷共轭对称性引起的简并性（与Majorana零模的极点跃迁有关）产生。我们证明了这些发现的泄漏无源耦合谐振腔光波导与不对称的内部散射，所需的对称性（非厄米版本的时间反演对称性，手征性和电荷共轭）出现动态。
2015-11-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Formation Mechanism of Guided Resonances and Bound States in the Continuum in Photonic Crystal Slabs
基于模式展开法，提出了一种描述一维周期性光子晶体平板中的导共振和束缚态的方法。这种方法提供了分析的见解，这些国家的形成机制：引导共振产生的横向法布里-珀罗条件，并在BIC的共振寿命的发散解释了一个相消干涉的辐射从不同的传播组件内的板。我们显示BIC中心和边缘的布里渊区的对称性保护，以及BIC在通用波矢量不受对称性保护。
2016-03-09 physics.optics
Revealing photonic Symmetry-Protected Modes ($SPM$) by Finite-Difference-Time-Domain method
这封信是专门指出一个特定的字符的差分时域方法，通过研究纳米结构支持的几何保护模式，不能被激发在一定条件下的照明。在FDTD算法中执行的空间离散化自然导致打破这种对称性，并允许激发这些模式。相应谐振的品质因数则直接与对称性破缺的程度相关联，即空间网格尺寸，即使满足FDTD的收敛准则。这一发现表明，FDTD必须非常小心地处理，更重要的是，非常巨大的质量因子谐振可以实现在纳米级的控制制造工艺的成本。
2019-12-25 physics.comp-ph physics.optics
Symmetry-protected zero-mode laser with a tunable spatial profile
我们提出利用光子晶格的受保护的零模来实现单模、固定频率和空间可调谐的激光器。这些性质是潜在的非厄米粒子-空穴对称性的结果，其能谱满足$\varepsilon_m=-\varepsilon_n^*$。与厄米的情况不同，粒子-空穴对称性的对称相位不再局限于$\varepsilon=0$，而是沿着虚- $\varepsilon$轴延伸，虚- $\varepsilon$轴由单腔频率设定，并且受到光子晶格的位置和耦合无序的保护。通过选择性地泵浦光子晶格中的不同腔，我们控制了自发对称性恢复过程，这为在不改变激光频率的情况下调谐激光的空间分布提供了一种方便的方法。
2016-10-30 physics.optics quant-ph
Topologically Protected Strong-Interaction of Photonics with Free Electron
提出利用拓扑光子学增强自由电子与光子强相互作用的方案，拓扑角态的高品质因子和长寿命免除了传统PINEM的零延迟与相位匹配要求，为控制QED过程和自由电子量子光学提供新平台。
2024-02-19 physics.optics quant-ph
Topologically protected entangled photonic states
纠缠多光子态是量子信息、计算和通信的核心。近年来，拓扑学已经成为一种新的途径，可以在存在制造缺陷、无序和其他噪声源的情况下鲁棒地传输量子态。虽然单光子和关联光子的拓扑保护最近已经在实验中得到了证明，但拓扑保护纠缠态的观察迄今为止仍然难以捉摸。在这里，我们实验证明了空间纠缠双光子态的拓扑保护。我们观察到鲁棒性的拓扑双光子相关映射的关键功能的存在下，故意引入的硅纳米光子结构中的混乱，在与非拓扑结构中缺乏鲁棒性的对比。拓扑保护可以保证纠缠拓扑模的相干传输，从而实现无序系统中量子信息的稳健传输.
2019-02-26 physics.optics quant-ph
Topologically protected valley-dependent quantum photonic circuits
拓扑光子学已经被引入作为集成光学的强大平台，因为它可以处理鲁棒的光传输，并进一步扩展到量子世界。引人注目的是，拓扑光子结构中的谷对比物理有助于谷相关的边缘状态，它们的单向耦合，甚至拓扑结中的谷相关波分。在这里，我们设计和制造的纳米光子拓扑鱼叉形分束器（HSBS）的基础上$120$ -deg-bending接口和演示的第一个芯片上谷依赖的量子信息过程。利用我们的50/50 HSBS实现了双光子量子干涉，即HongOu-Mandel（HOM）干涉，该干涉具有高的$0.956 \pm 0.006$可见度。级联这种HSBS，我们还演示了一个简单的量子光子电路和路径纠缠态的产生。我们的工作表明，光子谷态可用于量子信息处理，利用谷态相关的光子拓扑绝缘体实现更复杂的量子线路是可能的，这为片上量子信息处理提供了一种新的方法。
2021-03-11 physics.optics quant-ph
PTD Symmetry Protected Scattering Anomaly in Optics
在时间反演不变的电子系统中，散射矩阵是反对称的。该性质实现了在此称为“散射异常”的效应，使得电子输运不遭受背反射，而与传播路径的特定几何形状或时间反演不变缺陷的存在无关。相反，对于一般的时间反演不变的光子系统的散射矩阵是对称的，没有类似的异常。在这里，理论上证明，尽管有这些根本性的差异，有一个广泛的类光子平台-在某些情况下，只形成时间反演不变的介质-其中散射异常可能发生。它示出的光学系统不变的宇称，时间反演和对偶算子（PTD）的组成的作用下，其特征在于由反对称散射矩阵。给出了其中发生散射异常的光子平台的具体示例，并且用全波数值模拟证明了所提出的系统能够使双向波导免受传播路径的任意变形的影响。我们的理论揭示了一类新的全三维结构，其中光的传输完全受到反射的保护，并揭示了电动力学之间的未知联系。可逆和非可逆材料。
2016-11-01 physics.optics
Intrinsic Rashba Spin-Orbit Coupling in Staggered-Gyromagnetic Photonic Crystals
在交错旋磁光子晶体中实现本征Rashba自旋轨道耦合，产生类墨西哥帽能带和螺旋自旋织构，并在斜入射下实现正负折射共存。
2025-07-10 physics.optics
Asymptotically exact photonic analogues of chiral symmetric topological tight-binding models
受手征对称性保护的拓扑光子边缘态对于引导波能量是有吸引力的，因为它们可以允许比替代物更鲁棒的引导和更大的光控制;然而，对于光子学，手征对称性经常被长程相互作用破坏。我们希望通过利用网络的拓扑结构来克服这个困难，网络由空隙和狭窄的连接通道组成，这些通道是由紧密间隔的完美导体之间的空间形成的。在低频率和窄通道的限制下，这些空通道系统以渐近严格的方式直接映射到类似的离散质量弹簧系统，因此只有短程相互作用。我们证明，光子类似物的拓扑紧束缚模型，保护的手征对称性，如SSH模型和平方根半金属，再现这些空隙通道网络与适当的边界条件。我们预计，向前迈进，本文提供了一个基础，从探索连续光子拓扑系统，在一个渐近精确的方式，通过一个简化的紧束缚模型的镜头。
2021-07-26 physics.optics
Topologically-protected refraction of robust kink states in valley photonic crystals
最近发现的谷型光子晶体（VPC）模拟了许多二维带隙谷型电子材料（如双层石墨烯或二硫化钼）的不寻常特性。光通信最感兴趣的是它们能够在两个VPC之间的内部畴壁处支持拓扑保护的手性边缘（扭结）状态，所述两个VPC具有光谱重叠的带隙区和相反的半整数valley-Chern指数。我们通过实验证明了VPC中的扭结态的鲁棒性，该扭结态支持简并横电类（TE）和横磁类（TM）拓扑相位，从而使单个拓扑波导中的偏振复用成为可能。扭结态的传播方向被锁定到反向Brave晶格的谷，因此，在没有谷间散射的情况下不能反向。在内部畴壁和将VPC与自由空间分离的外部边缘之间的相交处，扭结状态被示出为表现出>97%的耦合效率到定向自由空间光束中。这构成了第一个实验演示的meron像谷投影拓扑相位与半整数谷陈指数。
2017-06-15 cond-mat.mes-hall 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
Berry bands and pseudo-spin of topological photonic phases
实现电子拓扑绝缘体的稳健、单向边缘状态的光子模拟将改善我们在纳米尺度上对光的控制，并彻底改变光子器件的性能。在这里，我们表明，新的对称性保护的拓扑相位可以检测到的能量特征值问题的贝里曲率特征值问题。“Berry带”跨越与原始价带相同的本征空间，但在$\mathrm{C}_2\mathcal{T}$对称晶体中分离成伪自旋和伪无自旋子空间。我们证明了著名的情况下，吴和胡[物理学评论快报。114，223901（2015）]和最近发现的脆弱拓扑晶体，并表明两种晶体属于相同的$\mathrm{C}_2\mathcal{T}$ -保护的$\mathbb{Z}_2$拓扑相。这项工作有助于统一理论和数值，并在定义和识别新的光子学和电子学的安全保护阶段是有用的。
2020-09-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Intrinsic Meron Spin Textures in Generic Focused Fields
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本研究揭示了在聚焦场中内禀出现的鲁棒梅龙自旋纹理，无需外部波前工程，展示了其在抗扰光子应用中的潜力。
2025-12-30 physics.optics
Subsymmetry-protected compact edge states
Nankai University（南开大学）；INRS-EMT（法国国家科学研究中心-INRS能源材料研究所）；Shanxi University（山西大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）
本文提出子对称性保护的紧凑边缘态，通过局部干涉和拓扑保护实现光的强局域化，为紧凑光子器件提供了新思路。
2026-01-05 physics.optics
Quantum Imaging of Photonic Spin Texture in an OAM Beam with NV Centers in Diamond
本文利用金刚石NV中心作为纳米量子传感器，在低温下通过相干相互作用和Hahn-Echo技术，实现了对OAM光束光子自旋织构的亚波长量子成像，为光自旋织构表征提供了新平台。
2025-02-25 physics.optics quant-ph
Photonic analogues of the Haldane and Kane-Mele models
凝聚态的哈勒模型和凯恩-梅勒模型彻底改变了对“绝缘体”的理解，因为他们揭示了一类新的介质，这些介质在表面附近表现为金属，但在本体中是绝缘的。在这里，我们提出了精确的电磁模拟这两个有影响力的模型依赖于一个光子晶体实施的“人造石墨烯”受到一个有效的磁场。对于Hallem模型，光子所需的有效磁场可以用空间可变的伪特勒根响应来模拟。对于Kane-Mele模型，自旋轨道耦合可以使用具有相同介电常数和磁导率的匹配各向异性介电常数来模拟，而不需要任何形式的双各向异性耦合。使用全波数值模拟和对偶理论，我们验证了非平凡的拓扑结构的两个平台的结果在出现的拓扑保护的无间隙边缘态的界面与平凡的光子绝缘体。我们的理论为在光子平台上模拟这两种凝聚态模型铺平了道路，并确定了另一种范式来观察完全互易全介电和非均匀各向异性超材料中的拓扑保护边缘态。
2019-02-11 physics.optics
Photonic torons, topological phase transition and tunable spin monopoles
Harbin University of Science and Technology（哈尔滨理工大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；Stanford University（斯坦福大学）
该研究通过光子结构光实验性构建了托尔顿，并展示了多种拓扑状态之间的相变，同时实现了单极子对的可调旋性，为研究非平凡光-物质相互作用提供了新平台。
2024-12-11 physics.optics
Observation of topologically protected bound states in a one dimensional photonic system
量子力学最显著的特征之一是具有拓扑起源的物质相的出现。这些相位导致了非常鲁棒的宏观现象，例如整数量子霍尔系统中的边缘模式，拓扑绝缘体的无隙表面态，以及分数量子霍尔系统和拓扑超导体中具有非阿贝尔统计的元激发。这些状态中的许多在量子存储器和量子计算的应用中有希望。人工量子系统具有精确的可控性，为创建和探测各种拓扑相提供了一个通用的平台。在这里，我们调查拓扑现象在一维，使用光子量子行走。光子演化模拟了拓扑相的动力学，这些相已经被预测会出现在例如聚乙炔中。我们实验证实了长期的预测拓扑保护局域态与这些阶段直接成像的波函数。此外，我们揭示了一个全新的拓扑现象：存在一个拓扑保护对的束缚态，这是唯一的周期驱动系统。我们的实验展示了一种通过周期驱动控制量子系统拓扑性质的强大新方法。
2011-05-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Observation of second order meron polarisation textures in optical microcavities
多组分玻色-爱因斯坦凝聚体、量子霍尔系统和手征磁性材料在其序参量的连续对称性中显示出扭曲和结，称为Skyrmions。这些矢量激发最初是作为量子场论中的非线性sigma模型的解被发现的，它们通过拓扑缠绕数来量化，该缠绕数指示它们的相互作用和宿主系统的全局性质。在这里，我们报告的第一个实验观察到一个稳定的个人二阶meron，和antieron，出现在电磁场。这些复杂的纹理是通过将光限制在液晶填充的腔中来实现的，该腔通过其各向异性折射率提供可调节的人工光子规范场，该规范场将腔光子运动耦合到其偏振，从而形成光的这些基本矢量涡旋态。我们的观察朝着将拓扑鲁棒的室温光学矢量纹理带入光子信息处理和存储领域迈出了一步。
2020-10-04 physics.optics
Valley-locked Optical Spin Merons in Valley Photonic Crystal Waveguides
School of Physics and Materials Science, Jiangxi Provincial Key Laboratory of Photodetectors, Nanchang University（南昌大学物理与材料科学学院，江西省光电探测器重点实验室）
本文提出利用拓扑保护的谷边态实现光旋磁体在芯片上的稳健定向传输，通过谷自由度实现谷锁定的旋磁体，为光子系统中的应用提供新途径。
2026-06-08 physics.optics
Electromagnetic Duality Symmetry-Protected Dirac-Like Cones
本研究通过将电磁对偶对称性引入光子晶体，实现了内禀鲁棒的确定性类狄拉克锥，利用联合对偶-结构对称性强制双重简并，为先进光子能带工程提供了鲁棒平台。
2025-03-18 physics.class-ph physics.optics
Three-dimensional topological photonic crystal with a single surface Dirac cone
表面上的单个狄拉克锥是三维（3D）拓扑绝缘体的标志，其中狄拉克点处的双简并性由时间反演对称性保护，并且远离该点的自旋分裂由自旋轨道耦合提供。在这里，我们预测一个单一的狄拉克锥表面态的3D光子晶体，在狄拉克点的简并保护由非对称的滑移反射和线性分裂远离它是通过打破时间反演对称性。这样的无间隙表面状态对于任何类型的随机无序都是完全鲁棒的。这种玻色子拓扑能带结构是通过施加交替磁化来间隔在我们的晶体大部分中发现的3D“广义狄拉克点”来实现的。$Z_2$体不变量的特点是通过Wannier中心的演变。我们的提议--在微波频率下使用亚铁磁材料很容易实现--也可以被看作是拓扑晶体绝缘体的光子模拟，提供了第一个3D玻色子保护拓扑系统。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Photonic Quasicrystals: Fractal Topological Spectrum and Protected Transport
我们表明，它是可能有一个拓扑相在二维准晶没有任何磁场施加，而是通过动态调制引入人工规范场。这种拓扑准晶表现出无散射的单向边缘状态，沿着系统的周长延伸，与普通准晶系统的状态相反，其特征在于幂律衰减。我们发现，这种Floquet拓扑准晶的光谱表现出丰富的分形（自相似）结构的拓扑“minigaps”，表现出一个全新的现象：分形拓扑系统。只有当系统尺寸足够大时，这些拓扑迷你间隙才会形成，因为它们的无间隙边缘状态深深地穿透到体中。因此，拓扑结构出现作为系统大小的函数，与拓扑相位可以完全由单位晶胞表征的周期性系统相反。我们证明了这个拓扑相的存在，通过使用一个拓扑指数（Bott指数）和通过研究的单向运输的无间隙边缘状态和它的鲁棒性存在的缺陷。我们的具体模型是螺旋光波导的彭罗斯晶格-光子Floquet准晶;然而，我们希望这种新的拓扑准晶相是普遍的。
2017-05-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
A chiral topological add-drop filter for integrated quantum photonic circuits
本文提出一种嵌入 valley-Hall 光子晶体中的拓扑插分滤波器，利用单个量子点实现自旋依赖的 chiral 光-物质界面，为 chiral 集成量子光子回路提供拓扑保护的构建模块。
2021-10-14 physics.optics
Observation of topologically protected compact edge states in flux-dressed graphene photonic lattices
提出合成通量探针，在“P”波导耦合的类石墨烯光子晶格中实现并观测拓扑保护的紧致边缘平带态，验证其对局域化、制备误差和输入相位变化的稳健性。
2024-01-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exceptional points in a topological photonic system
作为分支奇点的例外点描述了不遵守能量守恒的非厄米特系统的特殊退化。研究表明，拓扑光子系统中可能出现异常点，例如，拓扑光子波导与两个简并反向传播拓扑回音壁模式耦合。这种光子结构是由基于空气棒的晶体对称性保护拓扑光子绝缘体设计的。相关的例外点揭示了宇称-时间对称性的破缺，这反映在系统的光透射谱中的透射凹陷数的变化上。在拓扑光子系统中实现特殊点可能会为具有基于特殊点的独特性质和功能的鲁棒光学器件开辟一条新的途径。
2021-07-11 physics.optics
Topological crystalline protection in a photonic system
拓扑晶体绝缘体是一类具有体能隙和边缘或表面模式的材料，其在其边界处受到晶体对称性的保护。它们已经在电子系统中实现：特别是在SnTe中。在这项工作中，我们提出了一种机制，实现光子边界态拓扑保护的晶体对称性。我们将这个一维系统映射到一个二维晶格模型，该模型具有相反的磁场，以及在其奇偶镜像子空间中的相反的陈数，从而对应于拓扑镜像绝缘体。此外，我们测试如何敏感和强大的边缘模式取决于他们的镜像奇偶性进行时间相关的演化模拟边缘模式在光子设置与现实的实验参数。
2015-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-Hermitian Synthetic Phase Shifter: Topologically-Protected Phase Control via Tunable Losses
Rochester Institute of Technology（罗切斯特理工学院）
本文提出一种基于光学损耗调制的合成相位移器，利用双独立控制的损耗调制阶段与多路径干涉实现全周期相位调节，同时保持恒定振幅，并通过非厄米特效应建立拓扑保护的相位控制理论。
2026-04-27 physics.app-ph physics.optics
Nonlinear topological photonics
对快速信息处理的快速增长的需求已经发起了创建紧凑且高效的光学设备的竞赛，这些设备可以可靠地传输信号而不会丢失。最近发现的光的拓扑相位为光子器件提供了一个新的基础，对散射损耗和无序鲁棒。将这些拓扑光子结构与非线性效应相结合，将解锁高级功能，如非互易性和主动可调谐性。在这里，我们介绍了新兴领域的非线性拓扑光子学和突出的最新发展，在桥梁物理学的拓扑相位与非线性光学。这包括一个新的光子平台的设计相结合的拓扑相位光与可观的非线性响应，自相互作用效应导致边缘孤子的拓扑光子晶格，非线性拓扑电路，主动光子结构表现出激射从拓扑保护模式，谐波产生从边缘状态的拓扑阵列和超表面。我们还绘制了未来的研究方向，讨论器件的应用，如激光器中的模式稳定，参数放大器的保护，对反馈，超快光开关采用拓扑波导。
2019-12-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
All-optical programming of polarization singularities in a photonic-crystal laser
Ecole Centrale de Lyon, CNRS, INSA Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CPE Lyon, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL)（里昂中央理工学院，法国国家科学研究中心，里昂国立应用科学学院，里昂第一大学，里昂高等化工学院，里昂纳米技术研究所）；Department of Physics, NISM Institute, University of Namur（纳慕尔大学物理系，NISM研究所）；Centre for OptoElectronics and Biophotonics (COEB), School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University（南洋理工大学电气与电子工程学院光电与生物光子学中心）；CNRS-International-NTU-Thales Research Alliance (CINTRA)（法国国家科学研究中心-国际南洋理工大学-泰雷兹研究联盟）
本文提出通过全光编程实现光子晶体激光中的实空间偏振奇点控制，利用形状光泵产生慢变的介观势场，使负质量布里渊带局域化为受激态，通过泵浦形状调控奇点数量和位置，同时保持动量空间奇点不变。
2026-05-09 physics.optics
Topologically protected strong coupling and entanglement between distant quantum emitters
实现远距离量子辐射源之间的强耦合和纠缠对于可扩展的量子信息处理具有重要意义。然而，基于传统系统很难实现它。在这里，我们从理论上提出并数值证明了一个方案，以实现这种强耦合和纠缠。我们的方案是基于具有拓扑保护边缘态和零维拓扑角腔的光子晶体平台。当量子阱被放入拓扑腔中时，它们之间的强耦合可以在拓扑保护的界面态的帮助下实现。这样的强耦合可以保持非常长的距离并且对各种缺陷是鲁棒的。特别地，我们数值证明了两个量子纠缠之间的拓扑保护纠缠也可以实现。此外，这种纠缠的量子拍的持续时间可以达到比传统光子腔中的纠缠长几个数量级，这使得它非常有利于可扩展的量子信息过程。
2020-10-25 physics.optics quant-ph
