【摘 要】
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在过去的数十年里,二维拓扑光子晶体作为一种新型电磁材料逐渐开始被应用于光通信等领域。近年来,学者们研究发现其在调控光子行为时展现出的优越性能,包括光学信号传输时的鲁棒性等。然而此类研究目前仍处于初始阶段,拓扑光子晶体许多卓越的物理特性亟待应用于包括非线性光学在内的光学信息处理中。我们发现了拓扑光子晶体对光子的强局域性可以增强光子之间的耦合效率,并且在此基础上,探究了二维非线性材料AlGaAs制造的
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在过去的数十年里,二维拓扑光子晶体作为一种新型电磁材料逐渐开始被应用于光通信等领域。近年来,学者们研究发现其在调控光子行为时展现出的优越性能,包括光学信号传输时的鲁棒性等。然而此类研究目前仍处于初始阶段,拓扑光子晶体许多卓越的物理特性亟待应用于包括非线性光学在内的光学信息处理中。我们发现了拓扑光子晶体对光子的强局域性可以增强光子之间的耦合效率,并且在此基础上,探究了二维非线性材料AlGaAs制造的拓扑光子晶体器件如何实现对非线性二次谐波的调控,具体内容如下:1)设计了一种基于高阶拓扑光子晶体的光通信器件用于调控二次谐波信号。其工作原理完全是基于光学量子自旋霍尔效应的低阶/高阶拓扑相变,可以无视制造工艺中产生的缺陷和无序。该器件包括了一个高阶拓扑角态谐振腔和两条拓扑边界态波导,能够实现高品质因子谐振腔对二次谐波信号产生效率的增强,以及二次谐波信号沿拓扑边界态波导传输,实现线性/非线性信号的分离,在新型光通信和非线性光学领域均拓展了新的思路。2)设计了一种基于拓扑自旋依赖边界态的光波导调控二次谐波信号传输方向。该器件中包含两条拓扑边界态波导,通过在外层添加完美电导体对器件形成“包裹”,该器件可以实现光学谐振,提升光子与光子之间的耦合概率,并提高二次谐波的产生效率。由于亚晶格之间的自旋?轨道耦合是成对出现的,谐波信号由携带左右旋圆极化的源激励调控,选择性地在不同边界波导中传输。该功能器件对制造缺陷、干扰和波导弯折的鲁棒性,同样为非线性信号的调控提供了新的契机。
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