Konfigurierbare topologische Strahlteilung über einen antichiralen gyromagnetischen photonischen Kristall

Topologische Isolatoren, deren voluminöse Zustände verboten sind, während Oberflächen-/Randzustände leitfähig und topologisch geschützt sind. Jüngste Fortschritte bei topologisch geschützten Randzuständen haben in der Optik- und Photonik-Community wachsende Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Im Jahr 2008 sagten Raghu und Haldane erstmals theoretisch voraus, dass ein topologisch geschützter chiraler Einweg-Kantenzustand in Analogie zum ganzzahligen Quanten-Hall-Effekt in einem zweidimensionalen Elektronengassystem erzeugt werden kann, bei dem sich die Einweg-Kantenzustände entlang des Gegenteils ausbreiten Richtungen an zwei parallelen Kanten eines gyromagnetischen photonischen Kristalls [Phys. Rev. Lett. 100, 013904 (2008)].

Im Jahr 2020 schlug die Forschungsgruppe von Prof. Zhi-Yuan Li von der South China University of Technology theoretisch einen weiteren faszinierenden Fall vor, in dem sich die Einweg-Kantenzustände an zwei gegenüberliegenden parallelen Zickzack-Kanten in die gleiche Richtung ausbreiten können, und sie werden antichiral genannt -Wege-Randzustände [Phys. Rev. B 101, 214102 (2020)]. Bisher wurden antichirale Einweg-Kantenzustände in verschiedenen fermionischen und bosonischen Systemen untersucht; Viele der Studien konzentrierten sich jedoch nur auf den Nachweis der Eigenschaft des antichiralen Einwegtransports, und nur wenige von ihnen berühren die einzigartigen Eigenschaften antichiraler topologischer Systeme und neuartige Anwendungen.

Ein neuer Optoelektronische Wissenschaft Studie berichtet über die Konstruktion und Beobachtung einer topologischen Strahlteilung mit einem leicht einstellbaren Rechts-Links-Verhältnis in einem antichiralen gyromagnetischen photonischen Kristall. Der Splitter ist kompakt und konfigurierbar, hat eine hohe Übertragungseffizienz, ermöglicht eine Mehrkanalnutzung, ist übersprechfest und robust gegenüber Defekten und Hindernissen. Diese Leistung wird der besonderen Eigenschaft zugeschrieben, dass antichirale unidirektionale Kantenzustände nur an der Zickzackkante, aber nicht an der Sesselkante des antichiralen gyromagnetischen photonischen Kristalls existieren. Wenn sie zwei rechteckige antichirale gyromagnetische photonische Kristalle kombinieren, die jeweils links- und rechtsausbreitende antichirale Einweg-Kantenzustände halten, können bidirektional abstrahlende Einweg-Kantenzustände an zwei parallelen Zickzack-Kanten erreicht werden. Schließlich entwarfen die Forscher eine topologische Strahlteilung mit einem konfigurierbaren Teilungsverhältnis, das durch einfaches Ändern der Anregungsbedingung der Quelle leicht angepasst werden kann. Diese Beobachtungen können das Verständnis der grundlegenden Physik bereichern und topologische photonische Anwendungen erweitern.

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