光場(chǎng)調(diào)控是通過(guò)光場(chǎng)與物質(zhì)相互作用物理過(guò)程的精密控制，獲得特定多維度的新型光場(chǎng)分布。光子晶體作為典型的超構(gòu)材料（一種人工非均勻亞波長(zhǎng)光學(xué)結(jié)構(gòu)），由于其強(qiáng)大的光子人工帶隙調(diào)節(jié)能力，是微納光場(chǎng)調(diào)控物理與應(yīng)用研究的重要體系，在微腔等集成光子器件的設(shè)計(jì)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是，超構(gòu)材料多自由度而導(dǎo)致的光場(chǎng)調(diào)控現(xiàn)象缺乏簡(jiǎn)單有效的物理原理來(lái)描述，制約了光子晶體微腔等集成光子器件的發(fā)展。

我校物理學(xué)院、光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室超構(gòu)材料光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)圍繞微納光場(chǎng)調(diào)控基礎(chǔ)物理和應(yīng)用的科學(xué)問(wèn)題，以微納拓?fù)涔庾訉W(xué)為方向，取得了系列研究成果，發(fā)展了多維度關(guān)聯(lián)調(diào)控新原理以及光學(xué)微腔設(shè)計(jì)新方法，對(duì)推動(dòng)下一代光子和量子信息傳輸處理技術(shù)具有重要的積極作用。近期，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人董建文教授榮獲2020年教育部青年科學(xué)獎(jiǎng)（全國(guó)8名）。

針對(duì)拓?fù)涔鈭?chǎng)局域調(diào)控技術(shù)，我校超構(gòu)材料光學(xué)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了具有二階拓?fù)湎嗟墓杌庾泳w平板及其拓?fù)浣菓B(tài)微腔，相關(guān)成果以“In-plane excitation of a topological nanophotonic corner state at telecom wavelengths in a cross-coupled cavity”為題發(fā)表在物理學(xué)一區(qū)中國(guó)期刊Photonics Research上。首先，理論上定義了一個(gè)物理量定量地描述了平板體系的二維扎克相，預(yù)言了硅基平板(SOI)上拓?fù)浣菓B(tài)的存在，并巧妙地將局域態(tài)密度、空間傅里葉譜等分析方法引入拓?fù)浣菓B(tài)光場(chǎng)局域特性研究當(dāng)中；進(jìn)一步，引入交叉耦合腔設(shè)計(jì)，在面內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)拓?fù)浣菓B(tài)的有效激發(fā)，從而在光通訊波段觀(guān)測(cè)到了角態(tài)的面外輻射模場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了與硅光集成器件兼容的SOI拓?fù)浣菓B(tài)微腔；最后，結(jié)合耦合模式理論，深入分析了基于拓?fù)浣菓B(tài)微腔的光學(xué)性能。該工作由中山大學(xué)獨(dú)立完成（唯一署名單位），何辛濤博士和博士生李夢(mèng)鈺為第一作者，董建文教授為通訊作者。

圖1 SOI拓?fù)浣菓B(tài)交叉耦合微腔

多年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)在微納拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域有著長(zhǎng)期積累，研究成果得到廣泛關(guān)注和報(bào)道。近期，何辛濤博士合作發(fā)表的拓?fù)涔饬孔有酒ぷ?，入選PRL Editors' suggestion，并接受Phys.org采訪(fǎng)以Feature stories形式進(jìn)行報(bào)道。此外，何辛濤博士合作撰寫(xiě)了題為“Valley photonic crystals”的英文綜述[Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021)]，董建文教授和陳曉東副教授為共同通訊作者。

以上微納拓?fù)涔庾訉W(xué)系列成果依托光電材料與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和物理學(xué)院等平臺(tái)，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“光電子與微電子器件及集成”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)、廣東省自然科學(xué)基金、廣州市科技計(jì)劃、中山大學(xué)高校基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)等項(xiàng)目的大力支持。

論文鏈接：

[1] He, et. al., Photonics Research 9, 1423 (2021). https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-8-1423&id=453141

[2] Liu, et. al., Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23746149.2021.1905546

[3] Phys.org報(bào)道：https://phys.org/news/2021-07-topologically-valley-dependent-quantum-photonic-chips.html