清华大学在拓扑光学领域取得新进展
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2025-03-07 00:41:21
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人民网北京3月6日电 近日，记者从清华大学获悉，清华大学深圳国际研究生院副教授宋清华，研究员李勃，中国工程院院士、清华大学材料学院教授周济与合作者在拓扑光学领域取得突破性进展，首次提出一种实动量拓扑光子晶体的概念，揭示了无序中稳定拓扑的形成机制，并实现了光子晶体的有效信息编码。相关研究成果以“无序辅助的实动量拓扑光子晶体”为题，在线发表于《自然》。
据了解，在光学中，连续域束缚态(BIC)是一种特殊的光学奇点，其能量被局域化，无法向外传播，从而在动量空间中形成一个不辐射、Q值无穷大的偏振奇点。围绕该奇点的偏振分布具有非平庸的拓扑荷。因此BIC在涡旋光产生、场增强和高Q值等光学应用中具有广阔的前景，对拓扑光学领域具有深远影响。
传统利用超表面和光子晶体实现的BIC通常依赖于严格的周期性结构，结构的无序会破坏周期性，导致BIC退化成准BIC(即QBIC)，其拓扑性质也随之消失。因而，过去关于BIC的研究通常会尽量减轻无序的影响。无序性为结构控制提供了额外的自由度，这在波前调控应用中至关重要。如何在BIC中引入有效的无序信息而不破坏BIC的拓扑特性，成为拓扑光学领域中的一个重要挑战。
为了解决这一问题，研究团队首次提出了一种实动量拓扑光子晶体的概念。该研究提出了无序辅助的实动量拓扑光子晶体，为拓扑光学领域的应用开辟了新的方向。这一创新性研究有望推动光子芯片等微纳光学器件的发展，并可应用于高稳定性高容量的光通信技术、复杂结构光的生成、高维量子纠缠技术、生物粒子的精细光学操控、AR/VR显示器件等多个领域。(李昉、实习生高云晴)
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