其他
前沿进展 | 硅基非对称拓扑能谷边界态
01 导读
上海交通大学电信学院苏翼凯教授课题组和物理与天文学院袁璐琦副教授联合中山大学董建文教授课题组，提出了一种通过引入不对称边界态来操纵拓扑波导中模场分布的新方法，从而可在拓扑波导之间实现具有任意耦合比的模式耦合。该项工作的第一完成人是苏翼凯教授组的王洪炜博士生。
该研究成果以“Asymmetric Topological Valley Edge States on Silicon-On-Insulator Platform”为题于2022年3月31日发表在Laser & Photonics Reviews上。
2022 | 前沿进展02 研究背景
03 研究创新点
图1、基于VPC的拓扑绝缘体中的(a)对称边界态与(b)非对称边界态的模场对比
图2、两类非对称拓扑模式的结构、边界态能带图和仿真实验结果
非对称拓扑波导可以用来实现多种功能器件，例如片上光耦合器/分束器、开关、滤波器等。作为一种应用举例，我们设计并制造了分光比为33:67的片上拓扑功率分配器。如图3(a)所示，该功分器由1条非对称边界1和3条非对称边界2构成，边界1、边界2（上）和边界2（下）的能谷都处于K态，而边界2（中）的能谷为K'态。所以在耦合时，光只能从2、4端口出射，不能从3端口耦合。通过改变VPC1和VPC2的晶胞尺寸大小，上下模式耦合的比例也会相应地发生变化。
图3、33:67拓扑功分器的模拟结果(a, b)、实验结果(c)和芯片照片(d-f)
该团队通过平面波展开的方法计算，可以得到基本的晶胞参数，并基于计算结果实验演示了33：67的拓扑功分器。在波长范围为1548~1572 nm内，器件的功分比的范围约为3±1 dB，在端口2处测得的额外损耗<3.25 dB，在端口4处测量的额外损耗<3.65 dB。此外，为了验证拓扑模式在片上系统传输中的性能，我们第一次在光通信波段上对拓扑功分器进行了高速传输实验，128 Gb/s四级脉冲幅度调制 (PAM4) 信号通过片上拓扑功分器传输后，功率代价低于1 dB。该工作验证了非对称拓扑模式作为鲁棒信息载体的可行性，且基于非对称拓扑波导的拓扑模式耦合有望研制出多种功能拓扑器件，并在集成化的光通信、纳米光子学和量子信息处理等多个领域得到广泛应用。04 总结与展望
论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202100631
前沿进展|光纤分布式声学传感助力远程监测火山事件
前沿进展|砷化镓超表面产生太赫兹脉冲
前沿进展|高效率的克尔孤子光频梳前沿进展|厦门大学陈焕阳课题组揭示固体浸润机制助力鱼眼透镜超分辨成像
编辑 | 方紫璇
（本文转载自公众号 AdvancedScienceNews）
END
2. 多给我们点“在看”
新闻线索、各类投稿、观点探讨、故事趣事
留言/邮件，我来让你/事红
爆料请联系：ioptics@clp.ac.cn
点在看联系更紧密