Eksotiske fotoniske krystaller muliggør robust envejstransport af lys

Topologisk fotonik er et spirende område, der giver hidtil usete muligheder for at kontrollere lysstrømmen i fotoniske integrerede kredsløb. Med indførelsen af ​​ikke-trivielle topologiske faser er en ensrettet gade for lys mulig i fotoniske krystaller (PhC'er) og andre platforme. Som en stramt reguleret ensrettet vognbane kan lys ikke reflekteres tilbage i disse eksotiske strukturer.

En sådan envejstransport af lys ved synlige og nær-infrarøde bølgelængder er dog muligvis ikke robuste over for stærke fabrikationsfejl på grund af utilstrækkelig topologisk beskyttelse. Ydermere hindrer dårlig tilstandsindeslutning og begrænset båndbredde den fremtidige udvikling af topologiske fotoniske integrerede kredsløb med høj tæthed.

For at løse disse problemer, i en nylig undersøgelse offentliggjort i ACS Photonics , Liu Tianji fra Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) fra det kinesiske videnskabsakademi, i samarbejde med Satoshi Iwamoto fra University of Tokyo og Yasutomo Ota fra Keio University, demonstrerede numerisk ovenstående 1.000-fold udvidelse af topologisk båndgab i epsilon-nær-nul (ENZ) magneto-optiske (MO) PhC'er i sammenligning med tidligere rapporterede resultater.

Den foreslåede todimensionelle MO-PhC er sammensat af trekantede MO-prismer med et honeycomb-gitter indlejret i en siliciumplade. Med et påført magnetfelt bibringes ikke-trivielle topologiske egenskaber til de åbne fotoniske båndgab. Generelt er den topologiske spaltestørrelse ekstremt lille ved synlige og nær-infrarøde bølgelængder på grund af meget svage reaktioner i naturligt forekommende MO-materialer.

Omvendt kan MO-responser forbedres ved at reducere diagonal permittivitetskonstante elementer af MO-materialer ved hjælp af kunstige metamaterialer. Som et ekstremt tilfælde fører MO-PhC'er med ENZ diagonale permittivitetselementer til en stor udvidelse af topologiske spaltestørrelser.

En ensrettet gade for lys blev bygget med kombinationen af ​​to ENZ-MO-PhC'er med den modsatte magnetisering. Ensrettet og tilbagespredende immuntransport af lys blev numerisk opnået ved grænsefladen mellem to PhC'er. Og transportydelsen var uændret selv med store defekter og skarpe bøjninger. + Udforsk yderligere

Forskning i den fotoniske krystaltopologiske tilstand ud over den optiske diffraktionsgrænse