基于SSH模型拓扑边界态和角态的实现

拓扑光子学的研究在光学通信领域具有重要的研究意义。为了实现拓扑边界态和角态,基于Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型,构建了二维正方形光子晶体结构,通过有限元软件仿真计算了该结构的能带,分析了对应的模式和拓扑相位。在此基础上实现了具有拓扑保护性质的边界态和角态,产生了相对带隙宽度为35%的较宽带隙,并通过频域仿真,验证了拓扑边界态具有单向传输特性和抗干扰的能力,拓扑角态能够把光波约束在角点的位置。结果表明：基于SSH模型设计的光子晶体结构能够实现高性能的拓扑边界态和角态,具有设计简单,容易实现的特点。     

光通信波段中基于谷霍尔效应的单向波导

提出了一种基于谷霍尔效应的单向波导,波导结构由两种不同拓扑性质的光子晶体组成.这两种光子晶体均是由Al70Ga30As和Si介质柱构成,可以实现光在通信波段中的单向通过.仿真结果表明,所提结构不仅可以实现光路的大角度转弯,还对缺陷具有良好的耐受性,为具有高效光传输特性的新型光波导设计提供了参考.     

基于异质结界面优化的光子晶体二极管单向传输特性研究

基于光子晶体异质结结构的全光二极管是目前的一个研究热点,使其具有更好的单向传输特性是研究的一个目标.本文中通过改变异质结界面处的光子晶体结构,提出了不同的优化设计方案,在宽频带内实现了高对比度全光二极管的高效率单向传输,并且该结构还具有分束特性.     

Unidirectional Transmission in Asymmetrically Confined Photonic Crystal Defects with Kerr Nonlinearity

We investigate the unidirectional transmission behaviour of an asymmetrically confined photonic crystal （PC） defect with Kerr nonlinearity. Basically, the unidirectional transmission originates from the strong dependence of the threshold input power for the sharp increase of transmission on the launch direction of the input wave. This can be well explained in the framework of the coupled mode theory. Our theoretical analysis reveals the existence of an upper limit for the transmission contrast when such a single PC defect is employed. This is supported by the simulation results based on the nonlinear finite-difference time-domain technique.     

平坦等频面双曲超材料的奇特电磁传输性

电磁波在媒质中的传输行为与媒质等频线的形状密切相关。双曲超材料的等频面为开放的双曲面,它支持任意大波矢的传播,将通常环境中以倏逝波形式存在的电磁波大波矢分量转换为传播场,从而实现更多奇特的电磁传输性。基于双曲线型等频面超材料,通过调节等频线的形状,制备出兼具双曲超材料和零折射率材料的新型材料,该材料不仅可以支持大波矢实现高方向性单向传输,同时可以将任意角度入射的电磁波以零角度折射,从而实现亚波长聚焦和超分辨特性。利用微波实验验证了高方向性单向传输特性、亚波长聚焦和超分辨特性,该研究为双曲超材料的理论和应用研究提供了更多的可能性。     

漏斗型完全光子带隙光波导单向传输

光波单向传输器件在全光计算和信息处理方面具有重要应用.本文提出一种具有完全光子带隙的硅基空气孔光子晶体漏斗型光波导结构,在光通信波段可实现单向传输特性.漏斗型光波导可打破光波对称传输,引入点缺陷通过模式转换与失配进一步抑制反向透射,并研究了不同的点缺陷类型与位置对反向透射的影响.采用时域有限差分法进行数值计算,优化选取了最佳的点缺陷模式.结果显示,单柱型点缺陷在向左移动5a(a为光子晶体晶格常数,a=470 nm)时,横电(TE)偏振光在工作波长1550 nm处正向透射率为0.716,透射对比度为0.929,工作带宽为111 nm.另外,本文提出的光波单向传输器件结构简单、工艺要求低,有望为集成光路中单向传输器件设计提供新的解决方案.     

可用于拓宽光波单向传输带宽的光子晶体异质结构界面

基于光波单向传输的全光二极管在集成光通信、全光网络和光信息处理中有重要应用.基于方向带隙失配设计的光子晶体异质结构可实现光波单向传输,但正向透射率较低,带宽较窄.基于对光子晶体异质界面倾斜角度的研究,根据界面全反射条件,利用可集成材料硅和二氧化硅设计了一种空气孔型二维光子晶体异质结构.异质结构界面两侧的光子晶体对1550 nm波长附近的TE模光波在Γ-X方向均呈导带,避免了方向带隙失配.研究发现当异质界面满足全反射条件时,由于光子晶体的自准直效应,较宽波段的正向光波得以高效传播,而反向光波在界面由于全反射而被禁止传播.光子晶体异质结构界面的全反射效应打破了方向带隙对光波单向传输的限制,使得反向光波在光子晶体中为导带时同样可实现近零透射率,从而拓宽了光波单向传输的波长范围.基于全反射界面的光子晶体异质结构经过优化后,其正向透射率达0.64,透射对比度为0.97,单向传输带宽可达553 nm.     

High Efficiency One-Way Transmission by One-Dimensional Photonic Crystals with Gratings on One Side

We propose a scheme of optical one-way transmission by using one-dimensional photonic crystals （PhCs） with diffraction gratings on one side. The one-way transmission is realized by making the PhC opaque to the zeroth diffraction order and transparent to another propagating （in air） diffraction order. For such a structure with 10-period PhC, 93% of the incident energy passes through when an electromagnetic wave impinges from one side, and the transmittance decreases to the order of 0.001% as the electromagnetic wave illuminates from the other side.     

太赫兹表面等离激元在轴向均匀三层波导系统中的单向传输(英文)

理论和数值研究了轴向均匀的三层波导系统中太赫兹表面等离子激元的单向传输行为,三层系统由厚度为d的高介电常数介质层插入到低介电常数介质层和磁光半导体层中间组成。计算结果表明,在外加磁场的作用下,系统存在单向传输的频段。通过金属微米粒子的耦合及调节磁光半导体区域的磁场方向,可以有效控制表面等离子体激元在三端口系统中的传播。     

弹性拓扑材料研究进展

拓扑绝缘体起源于量子波动系统,因其单向传输、能量无耗散等新奇物理性质,近年逐渐被拓展到电磁波、声波、弹性波等经典波动领域,为经典波的调控提供了新思路.本文将系统介绍拓扑绝缘体理论及其在弹性波领域的相关研究进展.首先以一维、二维离散点阵系统为例,阐释拓扑物理研究中的基本数学、物理概念,如狄拉克锥、能带翻转、贝里曲率、拓扑...