谷光子晶体中的频域依赖的拓扑相以及光学转向

拓扑光学在光学二极管、鲁棒性波导、高Q值谐振腔以及低阈值激光器等应用领域具有广阔前景。近期，标志着能带结构极值点的能谷，在二维层状材料中被广泛的研究，同时也被引入光学领域。在两个不等价的布里渊区角处，也就是K’和K点处，体能带具有相反的Berry曲率。因此，体能带可以用非零的谷陈数来表征，同时会在带隙中出现明确的边界态。由于时间反演对称性受到保护，到目前为止，谷霍尔拓扑相以及导致的边界态已经在全介质光子晶体、螺旋波导、表面等离激元晶体等系统中实现。许多有趣的现象，诸如鲁棒性延迟线、完美折射、可调节激发以及可重构传输，已经被理论上预言以及实验上实现。在另一方面，频域自由度在通讯和信息处理中被广泛应用。基于频域自由度，诸如多波段滤波器、多波段收发器以及多功能光子晶体光纤滤波器的多波段器件被提出。

      最近，在谷霍尔系统中两个及以上同时出现的体能带，拓宽了波导的带宽。但是，具有拓扑性质依赖于频域的带隙还没有被报道，并且，对电磁波的调控局限于边界态的鲁棒性传输。近期，来自中山大学董建文课题组的Guo-Jing Tang等人将频域自由度引入具有双带隙的谷光子晶体（VPC）。为了实现在两个不同频段的双带隙，研究人员建立了基于高阶平面波展开模型的有效哈密顿量。用三个结合的VPC，通过调节工作频率可以实现宽频光学转向。这项工作在波分多路复用器等多波段光学器件中具有潜在的应用前景。相关研究工作发表在《Physical Review B》上。（华金国）

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.174202