片上纳米光子拓扑彩虹

       在过去的几年中，拓扑光子学从物理概念到新的应用取得了很大的进展。由于拓扑保护作用，光子器件对无序和免疫散射变得更加稳健。然而，拓扑纳米光子器件还是很难实现，主要是因为制造的复杂性、纳米尺度测量的挑战，以及在可见和近红外范围内的天然材料的磁响应本身较弱。合成维度的引入为拓扑光子学带来了机会。合成尺寸提供了一个新的自由度，使我们能够构建所有的介电片上拓扑纳米光子元件，打破了磁性材料的限制。在拓扑光子学研究中，为了实现单向传播、拓扑激光、高阶拓扑等问题，人们需要大量地设计体能带色散来实现拓扑态。多频（或多波长）器件是纳米光子芯片用于大信息容量应用的重要组成部分，其中，拓扑彩虹作为一种基本的多波长拓扑光子器件，可以将不同波长的拓扑光子态分离并分布到不同的位置；但相关的拓扑器件尚未得到充分的探索。此外，迄今为止，还没有一种有效的方法可以直接在纳米尺度上测量具有多波长的拓扑光子器件。这些挑战限制了拓扑彩虹和各种拓扑纳米光子器件的发展和应用，包括拓扑路由器、拓扑临时存储和许多其他片上集成的拓扑纳米光子器件。

       近日，北京理工大学的路翠翠教授团队、北京大学的胡小永教授团队、济南大学的丁伟教授团队以及香港科技大学的陈子亭教授团队等人构建了一种基于合成维度的拓扑彩虹器件，它提供了一种适用于所有光学晶格类型、对称性、材料、尺寸和波长范围的方法。拓扑彩虹可以将不同波长的拓扑光子态分离并分布到不同的位置，并通过控制拓扑光子态的群速度实现对光的减速和捕获。拓扑光子态是通过构造拓扑“Chern绝缘体”来实现的，不需要磁场。相关工作发表在《NATURE COMMUNICATIONS》上。（郑江坡）

       文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30276-w