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
Hyperbolic photonic topological insulators
该研究针对双曲光子拓扑绝缘体的实现难题，利用硅基芯片上的耦合环形谐振器实验制备出该结构，观测到赝自旋依赖的单向边缘态并验证其鲁棒性，为高效拓扑光子器件设计提供了新途径。
2024-01-29 physics.optics
Observation of photonic anomalous Floquet Topological Insulators
通常，二维拓扑绝缘体的特征在于与其能带结构相关的非零陈数。在我们的工作中，我们提出了一个反常的拓扑绝缘体的实验证明，对于它的陈数总是零，绕组数是描述系统的拓扑性质的适当的量。我们探讨了这种反常拓扑绝缘体中手征边缘态的鲁棒性，并分析了拓扑相和平凡相之间的相变。
2016-05-12 physics.optics
Efficient light coupling from integrated single-mode waveguides to supercollimating photonic crystals on silicon-on-insulator platforms
我们提出了一个实用和有效的解决方案，从集成单模波导的光耦合到超准直平面光子晶体在传统的绝缘体上的硅平台。该装置由一个脊形波导，设计用于维持空间扩展的单模和匹配的超准直光子晶体，这已被截断在其边界，以提高两个光子组件之间的阻抗匹配。三维模拟显示，在接近1.55微米的波长下，传输效率高达96%，反射率低于0.2%。这种方法构成了光子芯片上的超准直结构的集成的重要一步。
2008-01-14 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
Photonic Chern insulators made of gyromagnetic hyperbolic metamaterials
利用人工光子晶体和电磁超材料控制光的传播是光子学领域的一个重要课题。值得注意的是，在光子Chern绝缘体的表面上或界面处的手性边缘态可以用于制造无反射波导。本文通过理论分析和电磁模拟，证明了旋磁双曲型超材料（GHM）是一种具有优良特性的光子Chern绝缘体。作为一种新的机制，在这些超材料中的双曲和旋磁效应的同时发生被证明打开与间隙陈数为1的大拓扑带隙。重要的是，与许多其他光子陈氏绝缘体不同，GHM陈氏绝缘体在其表面上具有非辐射手性边缘模式，因此允许在没有包覆金属的情况下制造单向波导，而包覆金属通常会产生相当大的欧姆损耗。此外，与晶体拓扑绝缘体相比，Chern绝缘体中的光子边缘态在很宽的长度尺度上都具有很强的抗无序性，并且通过改变外加磁场的方向，Chern绝缘体表面上的光流动方向可以很容易地翻转.有趣的是，我们发现拓扑表面波的负折射发生在GHM与旋磁参数相反的符号之间的边界。最后，我们表明，与其他光子拓扑材料，如手征双曲材料相比，目前的GHM陈氏绝缘体可以更容易地制作。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Constructing three-dimensional photonic topological insulator using two-dimensional ring resonator lattice with a synthetic frequency dimension
在拓扑光子学的发展中，实现三维拓扑绝缘体具有重要意义，因为它使得能够利用光子探索新的拓扑物理，并且有望实现对三维中的无序具有鲁棒性的新型光子器件。先前关于三维拓扑绝缘体的理论建议利用了复杂的几何形状，这对于实现是具有挑战性的。在这里，基于合成维的概念，我们表明，一个二维阵列的环形谐振器，这是以前证明了表现出二维拓扑绝缘体阶段，实际上自动成为一个三维的拓扑绝缘体，当频率维度被考虑在内。此外，通过调制几个谐振器，可以产生沿着频率轴的螺旋位错，这提供了光子沿着频率轴的鲁棒传输。证明拓扑系统中的螺位错物理是固态系统中的一个重大挑战。我们的工作表明，三维拓扑绝缘体的物理特性可以在标准的集成光子学平台上进行探索，从而为控制光频率的新型器件提供了机会。
2018-02-07 physics.optics
Self-induced nonreciprocity from asymmetric photonic topological insulators
University of Nebraska-Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）；Lund University（隆德大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
本研究结合光子拓扑绝缘体与自诱导非互易性领域，提出基于全介质棋盘结构的非对称光子晶体设计，利用光学Kerr效应实现拓扑边缘态的光谱可调与非互易传输，为下一代光子器件和量子光学技术提供新方向。
2025-08-25 physics.optics
Photonic spin Hall effect in topological insulators
本文从理论上研究了高斯光束经空气-拓扑绝缘体界面反射后的光子自旋霍尔效应。光子SHE是由自旋轨道耦合引起的，表现为面内和横向自旋相关的分裂。我们揭示了自旋轨道耦合效应可以通过调节轴子角的变化来路由。与横向自旋相关分裂不同，我们发现面内分裂对轴子角敏感。结果表明，由于自旋相关的分裂，磁光克尔效应中的偏振结构发生了显著的改变。从理论上提出了一种通过探测光子SHE的面内分裂来确定轴子耦合强度的弱测量方法。
2013-11-04 physics.optics
Topological Photonic Systems: Virtuous Platforms to Study Topological Quantum Matter
拓扑绝缘体是近年来在凝聚态物理学界引起广泛研究兴趣的一类新材料，主要是由于其在量子计算和自旋电子学中的应用前景。然而，许多相关的现象，可以很好地再现在经典的光子系统与相对要求较低的制造和工程系统特性的额外优势。因此，拓扑材料的光子类似物在过去十年中不仅在光学领域而且作为拓扑物理学的一个活跃的研究前沿而获得了突出的地位。在这篇文章中，我们简要地回顾了拓扑物理学的基本概念，并提供了一个简明的光子拓扑绝缘体的描述。
2021-08-23 cond-mat.other physics.optics
Lithium Niobate Photonic Topological Insulator-based Multi-Wavelength Optical Demultiplexer with Piezoelectric Switch-Off
本文设计基于铌酸锂光子拓扑绝缘体的2通道多波长光解复用器，实现低串扰与高隔离，并利用逆压电效应通过电压关断拓扑传输。
2024-12-09 physics.optics
N-Band Photonic Hopf Insulators Based on 2D Microring Lattices
霍普夫绝缘体是一种拓扑绝缘体，其拓扑行为源于从3D球体到2D球体的非平凡映射，称为霍普夫映射。在旋量和skyrmion系统的研究中通常会遇到的霍普夫映射，被称为霍普夫指数的整数不变量拓扑分类。在这里，我们表明，由于周期性循环的光内的每个microns，一个二维晶格的microns谐振器可以模拟一个$N$带的光子霍普夫绝缘体与非平凡的霍普夫指数。特别地，我们通过数值计算和直接解析证明表明，云母晶格的$N$带的Hopf指数与其缠绕数是相同的。结果表明，霍普夫指数是一种可供选择的拓扑不变量，可用于二维光子晶格的分类，并建立了晶格的霍普夫绝缘体相和反常Floquet绝缘体相之间的对应关系.更一般地说，我们的工作表明，二维微晶格可以提供一个通用的纳米光子平台，研究非阿贝尔拓扑光子系统。
2022-08-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrawide Edge State Supercontinuum in a Floquet-Lieb Topological Photonic Insulator
提出并实验演示首个全平带Floquet-Lieb拓扑光子绝缘体，实现跨越多个布里渊区的超宽边缘态超连续谱，对位点势无序完全免疫，可用于超宽带鲁棒拓扑光子器件。
2023-05-09 physics.optics
Topological classification of Chern-type insulators with the photonic Green function
物质系统的Chern拓扑数传统上用Berry曲率来表示，Berry曲率明显依赖于物质的能带结构和Bloch本征波。在这里，我们证明，它是可能的，以计算光子平台的间隙陈数，而无需任何详细的知识，其能带结构，简单地依赖于系统的光子格林函数。结果表明，间隙陈数是由光子格林函数沿平行于虚轴的复频率平面的线的积分给出。我们的理论适用于任意频率色散的全三维光子晶体，以及没有固有周期性的电磁连续统的情况。
2018-01-30 physics.optics
Realization of time-reversal invariant photonic topological Anderson insulators
该研究提出并实现了不打破时间反演对称性的光子量子自旋霍尔拓扑安德森绝缘体，证实了无序诱导拓扑相变，展示了螺旋边缘模特性及无序光束转向应用潜力。
2024-08-14 physics.optics
AlGaAs-On-Insulator Nonlinear Photonics
非线性光子学和集成光子学的结合最近出现了激增，其中最重要的成就是在微谐振器中产生克尔频率梳。高效的非线性光子芯片具有无数的应用，包括高速光信号处理、片上多波长激光器、计量学、分子光谱学和量子信息科学。砷化铝镓（AlGaAs）在低于其带隙能量的一半时表现出非常高的材料非线性和低的非线性损耗。然而，器件加工的困难和低的器件有效非线性使得克尔频率梳的产生变得难以实现。在这里，我们展示了绝缘体上的AlGaAs作为电信波长的非线性平台。利用新开发的制造工艺，我们展示了高品质因数（Q> 100，000）的微谐振器与集成总线波导在一个平面电路，其中光参量振荡实现了创纪录的低阈值功率为3 mW和频率梳跨越350 nm。我们的演示展示了集成非线性光子学中AlGaAs绝缘体平台的巨大潜力。
2015-09-11 physics.optics
Fabrication of a multifunctional photonic integrated chip on lithium niobate on insulator using femtosecond laser assisted chemo-mechanical polish
报道了利用飞秒激光辅助化学机械抛光技术在绝缘层上的钛酸锂（LNOI）上制备多功能光子集成芯片。我们通过重新配置与多功能光子电路集成的微电极阵列，在所制造的芯片上展示了高消光比的分束镜、1 * 6光开关和平衡的3 * 3干涉仪。
2019-07-08 physics.app-ph physics.optics
Experimental Realization of a Reflections-Free Compact Delay Line Based on a Photonic Topological Insulator
当介质的电磁特性在单个波长的尺度上变化时，通过非均匀介质传播的电磁（EM）波不可避免地散射。这种基本现象限制了光学结构的设计和相互连接。最近的理论工作表明，统称为光子拓扑绝缘体（PTIs）的电磁结构可以用来克服这一基本限制，从而为超紧凑的光子结构铺平了道路，不再需要波长尺度的平滑。在这里，我们提出了第一个实验演示的光子延迟线的基础上拓扑保护的表面电磁波（TPSWs）之间的两个PTIs，这是电磁对应的量子自旋霍尔拓扑绝缘体在凝聚态物质。与不受益于拓扑保护的传统的引导EM波不同，TPSW被示出为当绕尖锐弯曲的路径绕行时经历多波长无反射时间延迟，从而为紧凑且高效的波缓冲器和其他设备提供了独特的范例。
2016-02-21 physics.optics
Photonic Floquet Topological Insulators
拓扑绝缘体是一种全新的物质相，它具有一个惊人的特性，即电子的传导只发生在它的表面，而不是在本体内，而且这种传导是拓扑保护的。拓扑保护，即完全没有无序电子波的散射，也许是这种材料最迷人和技术上最重要的方面：它提供了只有超导体才知道的鲁棒性。然而，与超导和量子霍尔效应不同，它们需要低温或磁场，拓扑绝缘体对无序的免疫力发生在室温下，没有任何外部磁场。因此，拓扑保护在容错量子计算和自旋电子学中具有广泛的应用前景。最近，大量的理论研究致力于将这一概念引入光子学领域：实现光频率下光的拓扑保护。除了涉及有趣的新物理学之外，光子拓扑绝缘体还有望在光学隔离和稳健的光子传输方面应用。在这里，我们从理论上提出并实验证明了第一个光子拓扑绝缘体：一个光子晶格表现出拓扑保护的晶格边缘上的运输，而不需要任何外部字段。该系统由螺旋波导阵列组成，这些螺旋波导彼此渐逝地耦合，并且布置在石墨烯状蜂窝晶格中。波导的手征性导致无散射的单向边缘状态，其在拓扑上被保护免受散射。
2012-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Numerical Investigation of Photonic Crystal Microcavities in Silicon-on-Insulator Waveguides
利用有限元光散射和本征模求解器对一维光子晶体微腔中的光共振进行了数值研究。通过与文献中的实验和理论结果进行比较，验证了结果。纳米尺度的几何形状的变化对谐振器性能的影响进行了研究。确定了超高Q因子性能的限制因素。
2010-03-11 physics.comp-ph physics.optics
Vanadium oxide metal-insulator phase transition in different types of one-dimensional photonic microcavities
二氧化钒（$VO_2$）的光学性质可以通过金属-绝缘体转变来调节。在这项工作中，不同类型的一维光子结构为基础的微腔，嵌入二氧化钒已在900 nm和2000 nm之间的光谱范围内进行了研究。特别地，$VO_2$被夹在：i）由$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个光子晶体; ii）由遵循Thue-Morse序列的$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个非周期性结构; iii）由$SiO_2$和$ZrO_2$制成的两个无序光子结构，其中通过两种材料的随机序列或通过层厚度的随机变化引入无序; iv）由$SiO_2$、$Al_2O_3$、$Y_2O_3$和$ZrO_2$制成的两个基于四种材料的光子晶体。有序结构I和IV分别示出了具有缺陷模式的一个和两个强烈的透射谷，而非周期性和无序结构II和III示出了由于其复杂的分层配置而导致的多个透射谷。由温度控制的$VO_2$的金属-绝缘体转变导致微腔的光学性质的调制。
2022-08-29 physics.optics
Sign freedom of non-Abelian topological charges in phononic and photonic topological insulators
三带系统中节线的拓扑性质可以用称为四元数的非阿贝尔拓扑荷来描述。由于本征态的规范自由度，非阿贝尔拓扑荷的符号可以通过执行规范变换来翻转，即，选择不同的本征态基。然而，在诸如声子和光子拓扑绝缘体的现实系统中，符号翻转还没有被明确地示出。在这里，我们阐述了符号自由度的可视化数值计算的拓扑电荷的声子和光子拓扑绝缘体。在这样做时，我们采用多个节点线的公共参考点方法来确认符号翻转不会在构建四元数组时引起任何问题。
2021-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Designing Photonic Topological Insulators with Quantum-Spin-Hall Edge States using Topology Optimization
设计光子拓扑绝缘体是非常重要的，因为它需要反转带隙周围的带对称性，到目前为止，这是通过直觉结合细致的试验和错误来完成的。在这里，我们采取了一种完全不同的方法：我们认为光子拓扑绝缘体的设计作为一个逆设计问题，并使用拓扑优化，以最大限度地提高通过一个尖锐的弯曲边缘模式的传输。由两个不同但最初相同的C $_\text{6v}$对称单位单元组成的两个设计域定义了几何设计问题。值得注意的是，优化的结果在光子拓扑绝缘体让人想起的收缩和生长方法的量子自旋霍尔光子拓扑绝缘体，但具有显着的差异，在晶体的拓扑结构以及定性不同的能带结构和显着改善的性能，如通过带隙尺寸，这是至少50%大于以前的设计。此外，我们发现一个方向的β因子超过99%，和非常低的损失急剧弯曲。我们的方法允许通过设计引入制造限制，并为设计具有迄今为止未探索的对称约束的PTIs开辟了一条途径。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Surface acoustic wave photonic devices in silicon on insulator
平面光子集成电路中的光-机相互作用在基础研究和应用中引起了极大的兴趣。然而，在最具技术意义的光子学平台：绝缘体上硅中，光力学几乎是不存在的。以前的演示需要对硅结构进行欠蚀刻和悬挂。在这里，我们提出了表面声波光子器件在绝缘体上的硅，高达8 GHz的频率。表面波是通过金属光栅对调制泵浦光的吸收和热弹性膨胀发射的。表面波是通过光弹调制的光学探头在标准的赛道谐振器检测。器件不涉及压电致动、波导悬挂或混合材料集成。入射微波信号的波长转换和声学真实时间延迟高达40 ns的芯片上演示。最后，离散时间微波光子滤波器与多达六个抽头和20 MHz宽的通带实现使用声学延迟。该概念适用于集成微波光子学信号处理
2020-11-03 physics.app-ph physics.optics
Topologically protected Fano resonance in photonic valley Hall insulators
光子学的迅速发展带来了许多有趣的共振光学现象，其中Fano共振（FR）因其在光开关和光传感中的应用而一直备受研究者的关注。然而，它对环境条件的敏感依赖性使得它很难在实验中实现。我们在这项工作中提出了一个拓扑保护FR的基础上的光子谷霍尔绝缘体，免疫系统杂质。拓扑保护的FR是通过耦合谷依赖的拓扑边缘态（TES）与一个双简并腔实现的。我们建立的$δ$型光子输运理论揭示了这种拓扑FR源于奇偶奇腔模和奇偶偶腔模两种传输的干涉。我们证实，诱导的Fano线形状的透射光谱是强大的弯曲畴壁和障碍。我们的工作可能会引发令人兴奋的前沿操纵谷运输和铺平了道路的拓扑保护的光子器件，如光开关，低阈值激光器和超灵敏传感器。
2021-07-11 physics.optics
Edge Solitons in Nonlinear Photonic Topological Insulators
我们从理论上证明了光子拓扑绝缘体可以支持边缘孤子，这些边缘孤子具有很强的自局域性，并且沿着晶格边缘单向传播。光子拓扑绝缘体由耦合螺旋波导的Floquet晶格组成，在具有局部克尔非线性的介质中。线性晶格的拓扑相位对孤子的行为有很大的影响。拓扑非平凡相给出了一个连续的孤子族，而拓扑平凡相给出了一个嵌入的孤子，发生在一个单一的权力，并产生自诱导的局部非线性位移的站点间耦合。孤立子可用于非线性开关和逻辑运算，这些功能在拓扑光子学中尚未被探索。我们演示了利用孤子通过窄通道进行选择性滤波，以及利用孤子碰撞进行光开关。
2016-09-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Realization of a three-dimensional photonic topological insulator
将光子限制在有限体积中在现代光子器件中是高需求的。这促使几十年前发明了光子晶体，其特征在于光子带隙禁止光在所有方向上传播。最近，受拓扑绝缘体（TI）发现的启发，具有拓扑保护的光子约束已经在称为光子TI的二维（2D）光子结构中得到了证明，在拓扑激光器和鲁棒的光学延迟线中具有很好的应用前景。然而，一个完全三维（3D）拓扑光子带隙从来没有实现过。在这里，我们实验证明了一个三维光子TI具有极宽（> 25%带宽）的三维拓扑带隙。样品由具有强磁电耦合的开口环谐振器（SRR）组成，并且表现为“弱TI”或2D量子自旋霍尔绝缘体的堆叠。使用直接场测量，我们映射出带隙的体能带结构和Dirac-like色散的光子表面状态，并证明了强大的光子沿非平面表面的传播。我们的工作扩展了从费米子到玻色子的3D TI家族，并为3D几何中的拓扑光子腔、电路和激光器的应用铺平了道路。
2019-01-10 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Type-\textbf{III} corner state in second-order topological insulator by distinctly hybridized photonic Wannier functions
在晶体对称性的存在下，二阶拓扑绝缘体可以通过被认为与Wannier中心相同的极化来表征。在这封信中，我们表明二阶拓扑绝缘体存在于全介质光子晶体中由非对称滑移对称性引起的一对简并光子带之间的拓扑相变的全过程中。由于Wannier函数的耦合（杂化），最大局域Wannier函数的中心总是位于原点，而不等于组分极化的相加。在这种情况下，角态归因于被边界阻挡的杂化Wannier函数。结合局域态密度，二阶拓扑结构得到了明确的确认和表征。这确保了角态从根本上不同于特定子晶格中局部化的I型角态或源自相互作用拓扑边缘态的II型角态。这种类型的角态在这里被认为是III型，并提供了一种替代方法来探索高阶拓扑物理，这可能会导致有趣的应用集成和量子光子学。
2022-08-19 physics.optics
Photonic Analogue of Two-dimensional Topological Insulators and Helical One-Way Edge Transport in Bi-Anisotropic Metamaterials
最近在了解凝聚态物质的拓扑性质方面的进展导致了时间反演不变拓扑绝缘体的发现。由于自然界的限制，拓扑非平凡的电子秩序似乎是罕见的，除了在小带隙半导体与强自旋轨道相互作用。在这篇文章中，我们表明，人工电磁结构，称为超材料，提供了一个有吸引力的平台，设计光子类似物的拓扑绝缘体。我们证明，一个明智的选择的超材料参数可以创建光子相位，支持一对螺旋边缘状态，这些边缘状态使单向光子传输，是强大的对无序。
2012-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Topological Dirac-vortex modes in a three-dimensional photonic topological insulator
本文首次在三维光子拓扑绝缘体中理论提出并实验验证了拓扑狄拉克涡旋模式，通过将三维Kekulé畸变紧束缚模型映射到光子晶体，利用微波近场测量观测到沿一维缺陷线鲁棒传播的模式，为三维光操控提供了新平台。
2024-11-06 physics.optics
Modal response sensitivity to polarization across photonic lantern architectures
Polytechnique Montréal（蒙特利尔理工学院）；Castor Optics（卡斯托光学）
研究不同光子天线架构中模态响应对偏振的敏感性，揭示强耦合结构与模式选择结构的输出差异。
2026-04-14 physics.optics
A Semiconductor Under Insulator Technology in Indium Phosphide
这封信介绍了半导体下绝缘体（SUI）的InP技术，用于设计条形波导接口的InP光子晶体膜结构。在InP-SUI中的条形波导被支撑在原子层沉积的绝缘体层下，与在绝缘体上支撑的硅中的条形波导相反。当使用与局部光子晶体膜结构接合的InP-SUI条形波导时，与扩展的光子晶体波导膜相比，我们显示出光传输的实质性改善。此外，SUI还为平面膜III-V系统提供了SOI中使用的各种光纤耦合技术，例如亚微米耦合。
2012-10-03 physics.optics
Twisted fibre: a photonic topological insulator
本文提出通过在制备过程中扭转光纤来构建可扩展的光子陈绝缘体，利用扭转破缺有效时间反演对称性并诱导赝磁场，同时发现可保留实空间陈不变量的参数区间，从而实现对制备无序的拓扑保护。
2024-11-20 physics.optics
Higher-order topological phases in tunable $C_3$-symmetric photonic crystals
我们证明了在由三个介质棒组成的可果美光子晶体中，通过几何形状的连续变化可以触发多个高阶拓扑跃迁。通过调整单个几何参数，光子角和边态随着高阶拓扑跃迁的出现或消失而出现。两个不同的高阶拓扑绝缘体相和正常绝缘体相被揭示。它们的拓扑指数是由对称表示得到的。引入分数角电荷的光子模拟来区分两个高阶拓扑绝缘体相。我们的预测可以很容易地实现，并在可配置的介质光子晶体验证。
2021-02-22 physics.optics
Pseudospin-valley coupled edge states in a photonic topological insulator
在拓扑绝缘体（TI）的光子类似物中设计的伪自旋和谷自由度（DOF）为光学编码和鲁棒的信号传输提供了潜在的方法。在这里，我们观察到一个弹道边缘状态的自旋谷指数被锁定到沿谷光子晶体和亚晶之间的界面传播的方向模仿量子自旋霍尔效应。我们证明了抑制谷间散射的Y结形成在携带不同的自旋谷陈数的光子TI之间的接口。这些结果开辟了使用谷自由度来控制2D结构中的光信号流的可能性。
2018-04-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Ultra-low loss photonic circuits in Lithium Niobate On Insulator
绝缘体上铌酸锂（LNOI）光子学有望将铌酸锂的优异非线性特性与高对比度波导可实现的高复杂性相结合。然而，迄今为止，制造挑战已经导致高损耗和侧壁成角度的波导，限制了其适用性。我们报道了具有0.4dB/cm的超低传输损耗和75°侧壁角的LNOI单模波导。我们的研究结果开辟了一条通往高效光子平台的道路，其应用范围从高速电信到量子技术。
2017-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Mode Delocalization in Disordered Photonic Chern Insulator
在无序的二维陈氏绝缘体，一个单一的体扩展模式被预测存在每带，到一个临界的无序强度，所有其他的体模式本地化。这种行为与拓扑平凡的二维相位形成强烈对比，二维相位的模式在无序的存在下都变得局域化。利用紧束缚模型的一个现实的光子陈氏绝缘体，我们表明，离域体本征态可以观察到在一个实验现实的设置。这需要选择性地使用谐振器损耗来抑制拓扑边缘状态，并且使用可变谐振器失谐来获得足够大的系综尺寸。
2021-02-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Non-diffracting states in one-dimensional Floquet photonic topological insulators
已知一维激光写入调制光子晶格特别适合于衍射管理目的。在这里，我们通过对三类无衍射态的实验观察和识别，讨论了此类器件中离散无衍射态与拓扑性质之间的联系。第一个对应于拓扑保护的边缘状态，最近在Floquet拓扑绝缘体预测，而第二个和第三个都是散装模式。其中之一证明了拓扑转变，尽管呈现出不同于边缘态的拓扑特征，但另一个是否是特定能带结构工程的结果。
2017-03-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Invariants in Point Group Symmetric Photonic Topological Insulators
提出了一种计算点群对称下双各向同性光子晶体拓扑不变量的群论方法。在反演赝自旋极化场后，利用高对称性k点处转动算符的本征值计算了自旋陈数。利用总自旋陈氏数可以很好地预测光子边缘态和光子带隙的拓扑特性。在大磁电耦合中，由于总自旋陈氏数的跳跃，出现了非平凡的相变。在空气和双各向同性光子晶体之间的ε/μ失配边界处也产生光输运。这一发现揭示了群对称性与光子拓扑系统之间的关系，使得光子非平凡态的设计成为可能。
2014-07-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
Transport properties of photonic topological insulators based on microring resonator array
特别设计的环形谐振器阵列可以作为拓扑绝缘体。我们使用紧束缚模型（TBM）和传输矩阵方法（TMM）进行模拟，以分析这种光学结构的输运性质，验证存在鲁棒的拓扑边缘状态，这是免疫无序和缺陷。我们还对这两种方法进行了比较，结果表明，TBM只适用于弱耦合条件，而TMM更严格。最后，将该结构与普通微带阵列和耦合谐振器光波导（CROW）进行了比较，结果表明，该结构具有宽而平坦的光谱响应，具有良好的传输特性。
2016-09-19 physics.optics
Nonlinearity-induced photonic topological insulator
该研究利用光子平台实验演示了由非线性诱导的拓扑相，光束功率超过特定阈值时可驱动系统进入瞬态拓扑区域并形成非线性单向边缘通道，为按需利用拓扑特性的紧凑型器件铺路。
2020-10-23 physics.optics
Fermionic time-reversal symmetry in a photonic topological insulator
最近，拓扑绝缘体作为一种新的物质状态受到了人们的极大关注，这是由于它们具有受保护的手征边缘态的标志性特征。在费米子系统中，Kramers简并在时间反演对称性（TRS）的存在下产生这些实体。相比之下，服从TRS的玻色子系统通常被认为是从根本上排除支持边缘状态。在这项工作中，我们消除这种看法，并实验证明在时间反演对称的光子波导结构的边缘反向传播的手征态。我们方法中的关键步骤是将传播态的有效自旋编码为底层波导晶格的自由度，使得我们的光子拓扑绝缘体的特征在于$\mathbb{Z}_2$型不变量。我们的发现允许在玻色子系统中利用费米性质，从而为光子学以及声学，力学甚至物质波中的拓扑物理开辟了新的途径。
2018-12-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dual-polarization huge photonic spin Hall shift and deep-subwavelength sensing based on topological singularities in one-dimensional photonic crystals
本文揭示一维光子晶体深亚波长区域中有效介质理论因拓扑奇点而失效，发现拓扑奇点附近可实现s/p双偏振巨光子自旋霍尔位移，并据此提出深亚波长双偏振传感及多通道宽带自旋光学器件设计方法。
2024-02-20 physics.optics
Realization of a quadrupole topological insulator phase in a gyromagnetic photonic crystal
拓扑光子学领域始于在具有破缺时间反转对称性（T）的旋磁光子晶体（PhC）中实现Chern绝缘体相，其具有作为拓扑保护传播模式的手征边缘态。高阶能带拓扑的最新进展已经发现了另一种类型的拓扑状态，如由位于样品的角落处的那些模式所表现的，这些模式被称为角落状态。在这里，我们报告的实现四极高阶拓扑绝缘体阶段的旋磁PHC，诱导的拓扑相变从先前演示的陈氏绝缘体阶段。通过微波测量表征了边界模从传播手征边缘态到定域角态的演化过程。我们还证明了拓扑束缚态的连续，当旋磁PHC磁调谐。这些结果将四极拓扑绝缘体相扩展到T形断系统，并在同一平台上集成了拓扑保护的传播模式和局域模式。
2023-02-07 physics.app-ph physics.optics
Network Models of Photonic Floquet Topological Insulators
最近提出的一类光子拓扑绝缘体被证明可以映射到Chalker-Coddington型网络上，该网络最初被制定用于研究无序量子霍尔系统。这种网络模型等价于磁驱动晶格的Floquet态。我们表明，他们可以表现出拓扑保护的边缘状态，即使所有的频带有零陈数，这是一个特性的Floquet能带结构。这些边缘状态可以通过绝热泵浦不变量来计数，该不变量基于从网络的一个边缘的反射系数的缠绕数。
2013-11-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Enabling Scalable Photonic Tensor Cores with Polarization-Domain Photonic Computing
提出基于2D铁电材料的硅光子张量核心，利用波长和偏振域计算，在计算准确率上较相干网络提升达83%。
2025-01-31 cs.ET physics.optics
Photonic antiferromagnetic topological insulator with a single surface Dirac cone
本研究理论结合实验发现了一种受时间反演与半晶格平移联合对称保护、承载单个表面狄拉克锥的三维光子反铁磁拓扑绝缘体，首次实现光子反铁磁拓扑绝缘体及强拓扑绝缘体的光子类比。
2025-01-13 physics.optics
Capsize of polarization in dilute photonic crystals
从实验和理论上研究了横向介电常数不均匀性与波的传播方向垂直的稀疏光子晶体中的偏振旋转效应。在频率为$10÷140$ GHz的一维光子晶体中观察到了翻转现象，即偏振态向垂直方向的急剧变化。为了更深入地了解旋转机制，我们建立了一个基于麦克斯韦方程的二维非均匀介电常数的稀光子晶体的理论模型。我们表明，偏振的旋转可以解释自然出现在麦克斯韦方程组的磁场或电场组件的光学分裂参数。该参数是存在于量子波中的类Rashba自旋轨道相互作用参数的光学类似物，引入对二维Bloch态的能带结构的校正，在正交方向上传播的波之间产生动力学相移，并最终导致初始偏振的翻转。理论和实验之间的良好协议。
2017-11-30 cond-mat.other physics.app-ph physics.optics
Realization of chiral whispering gallery mode cavities enabled by photonic Chern insulators
本文将拓扑物理引入光子腔，利用光子陈绝缘体实现 chiral 回音壁模式，并通过数值模拟与实验证明其对缺陷的鲁棒性，为鲁棒微腔设计及光-物质相互作用研究提供了新平台。
2025-01-01 physics.optics
Amorphous photonic topological insulator
光子拓扑绝缘体（PTIs）具有受能带拓扑保护的强光子边缘态，类似于拓扑能带绝缘体中的电子边缘态。标准能带理论不适用于物质的非晶相，非晶相是由没有长程位置有序而只有短程有序的非晶态晶格形成的。在其他有趣的性质，无定形介质表现出玻璃和液相之间的过渡，伴随着戏剧性的变化，在短程秩序。在这里，我们实验研究基于陈数的PTI的无定形变体。通过调节晶格中的无序强度，我们证明了光子拓扑边缘态可以在玻璃-液体转变之前持续到非晶状态。在过渡到类液体晶格构型之后，拓扑边缘态的特征消失。非晶晶格中拓扑结构和短程有序之间的这种相互作用为新型非晶拓扑光子材料铺平了道路。
2020-01-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Photonic quadrupole topological phases in zero-dimensional cavity with synthetic dimensions
四极拓扑绝缘体是最近在二维空间晶格中得到证实的一种角态结构。本文利用0维光学腔设计了第一个全合成空间光子四极拓扑绝缘体。光的频率和轨道角动量（OAM）被用来形成二维合成空间。四个简并偏振态被映射到单位晶胞内的内部晶格位置。通过适当地设计不同频率、不同偏振态和不同偏振态的腔模之间的耦合，得到了理想的合成四极拓扑绝缘体。利用鲁棒的合成角态，提出了实现多光子纠缠态拓扑保护的可能性。我们所设计的光子四极拓扑绝缘体为研究一维系统中的高阶拓扑相提供了一个独特的平台，在量子信息和通信领域具有潜在的应用价值。
2019-11-28 physics.optics
Integrated Photonic Polarization Synthesizer and Analyzer
Stanford University, Ginzton Laboratory（斯坦福大学，金斯顿实验室）
本研究提出了一种集成光子电路，实现任意偏振态的生成与分析，为紧凑稳定的偏振增强光子系统提供基础。
2026-02-19 physics.optics
Stimulated and spontaneous four-wave mixing in silicon-on-insulator coupled photonic wire nano-cavities
本文报道了在硅绝缘体平台上的耦合光子晶体纳米腔中的四波混频。三个光子线腔侧耦合，以获得三个模式的能量相等分离。该结构被设计为自过滤，我们表明，泵被拒绝了近两个数量级。我们研究了受激和自发的四波混频过程：由于小的模态体积，我们发现，信号和空闲光子产生的效率增加了一百倍相比，硅微环谐振器。
2013-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Polarization state of radiation from a photonic crystal slab
我们指出，从光子晶体平板辐射的偏振态强烈约束的直接非共振散射过程。在远场中的两个线偏振分量之间的相位差可以解析地预测，并且在很大程度上与周期图案无关。我们验证了预测与全场电磁模拟。
2017-08-07 physics.optics
