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小黄瓜视频app在非线性拓扑光子学领域取得重要进展
来源: 小黄瓜视频app新闻网发稿时间:2020-09-02 14:39

  南開新聞網訊(通讯员 宋道红 夏焕云)近日,小黄瓜视频app陈志刚教授、许京军教授领导的课题组与克罗地亚Zagreb大学Hrvoje Buljan教授的课题组合作研究,在非线性拓扑光子学领域取得了重要进展:他们基于一维SSH拓扑光子晶格,实验和理论上研究了光与拓扑光学微结构的非线性相互作用,发现了非线性导致的体态模式向拓扑界面态模式的耦合,并构建出了普适的非线性模式耦合的理论框架。该研究成果以“ Nontrivial coupling of light into a defect: the interplay of nonlinearity and topology ”为题发表在Light: Science & Applications上。

  近年來,拓撲光子學是光學中最活躍的新興研究領域之一。拓撲是爲了理解量子霍爾效應等基本物理現象而引入的數學概念,成功地解釋了量子霍爾效應,並促進了拓撲絕緣體的發展。當兩種具有不同拓撲不變量的結構拼接在一起時,由于體-邊界的對應原理,會在兩種結構的交界面産生具有魯棒特性單向傳輸的界面態。由于拓撲概念可用來描述能帶結構的性質,這種體-邊界對應關系普遍存在于量子和經典波動系統周期結構中。隨著2009年微波波段單向傳輸的拓撲邊界態在實驗上首次被觀測到,光子學拓撲絕緣體以及光的拓撲特性相關的一系列研究相繼在許多不同的光學材料中得以實現,比如波導陣列、耦合諧振腔及超構材料等,逐漸形成了方興未艾的光子學分支:拓撲光子學。

  目前,由于實驗和理論上的一些困難,大多數拓撲光子學的研究工作主要集中在線性的拓撲效應上。然而,非線性效應的引入可能帶來許多新穎的物理現象。比如在電子體系中,拓撲結構與多體相互作用能夠産生分數量子霍爾效應;在光子體系中,非線性的引入不僅會産生拓撲光孤子、非線性誘導的光學拓撲相變等新現象,也可以實現非線性拓撲頻率轉換以及拓撲激光等新的應用。盡管在人們非線性拓撲光子學領域已經取得了一些進展,關于非線性與拓撲結構本征態的耦合問題及非線性與拓撲結構之間的相互作用相關物理機制等仍然還很空白。

  在本工作中,研究人員以一維光誘導SSH光子晶格爲平台,實驗上發現在拓撲非平庸的光子結構中,非線性能夠實現體態和拓撲邊界態以及界面態之間的耦合。基于此,研究人員提出了非線性拓撲系統下模式耦合的新理論,並成功的解釋了相關實驗結果。文中提及的實驗方法爲研究非線性和拓撲結構的相互作用提供了新的研究平台。基于一維非線性系統提出的非線性與拓撲結構相互作用的理論框架具有普適意義,也能夠爲其它高維的光學系統,乃至光學以外其它非線性拓撲體系的相關研究提供理論借鑒。

圖片:拓撲非平庸與拓撲平庸一維SSH光子晶格中,探測光在線性和非線性作用的演化結果對比,左側爲拓撲非平庸結構,右側爲拓撲平庸結構相對應的實驗(上圖)以及模擬(下圖)結果。

  本工作小黄瓜视频app为第一完成单位,小黄瓜视频app博士生夏士齐、王楠和克罗地亚萨格勒布大学Dario Juki?助理教授为共同第一作者。小黄瓜视频app陈志刚教授、宋道红副教授与小黄瓜视频app特聘教授/克罗地亚Zagreb大学Hrvoje Buljan教授为共同通讯作者。合作者还包括德国的Alexander Szameit 教授和韩国 Daniel Leykam研究员等。相关工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目的资助。

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編輯:郝靜秋

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