基于能谷涡旋增强高效相移的超紧凑拓扑光学开关

       拓扑绝缘体是一种内部绝缘但沿其边缘或表面支持传导的材料，在光学领域的拓扑光学系统也被广泛研究，这些系统有希望克服制造误差带来的挑战，光的鲁棒传输已被广泛验证。尽管有许多不同的光学拓扑绝缘体平台，全介质的光学拓扑绝缘体由于其紧凑的结构和低损耗的光传输使其具有独特的优势。这其中能谷光子晶体(VPC)的功能器件作为未来应用的重要的候选者得到研究者的广泛关注。人们提出了各种基于能谷模态的拓扑器件，如拓扑激光器、拓扑光子路由器和功率分流器等。另一方面，对于调制和开关应用的功能器件，拓扑光电路的可调谐性是必不可少的。然而要实现一个小型化、损耗低的片上集成可调器件仍然是一个挑战。在传统的集成调谐方法中，基于热光(TO)调谐或电光(EO)调谐过程的移相器是片上光学电路中的关键器件，但是拓扑边界态的相移机制还没有得到深入研究。

       近日，来自上海交通大学的Hongwei Wang等人研究了拓扑边界态的相移机制并且基于能谷光子晶体拓扑性质在通讯波段设计了超紧凑的热光调制的拓扑开关(TOTS)。并且发现利用能谷光子晶体结构形成的相位涡旋，拓扑边界模式在传播方向上的光程大约是条形波导常规光模式的两倍，并且实验结果表明相位调谐效率提高了1.57倍。利用拓扑波导的高效相移特性和尖角结构鲁棒性传输特性，设计了一种工作在通信波长的超紧凑热光拓扑开关(TOTS)。此外利用所提出的TOTS进行了高速信号传输实验，以证明高速数据的鲁棒性传输。该工作揭示的谷边缘态的相移机制在光通信、纳米光子学和量子信息处理等领域的拓扑功能器件等领域具有潜在应用。相关成果发表在《Light: Science & Applications》上。（张晓萌）

       文章链接：Hongwei Wang et al. Ultracompact topological photonic switch based on valley-vortex-enhanced high-efficiency phase shift. Light: Science & Applications (2022) 11:292  https://doi.org/10.1038/s41377-022-00993-4