論文針對集成光子器件研究中，分布式布拉格光柵反射鏡、金屬反射鏡體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度高，還會引入額外的損耗和色散的問題，從拓撲光子學(xué)視角提出一種在單層硅基板上不依靠反射鏡而實現(xiàn)定向輻射的新方法。

彭超等人從拓撲荷操控出發(fā)，在光子晶體平板中實現(xiàn)了單向輻射的特殊諧振態(tài)，即單側(cè)輻射導(dǎo)模共振（unidirectional guided-resonance,UGR）態(tài)，在一維光子晶體中通過傾斜側(cè)壁同時破缺結(jié)構(gòu)垂直對稱性和面內(nèi)對稱性，使體系中連續(xù)區(qū)束縛態(tài)所攜帶的整數(shù)拓撲荷分裂為一對半整數(shù)拓撲荷，并在平板上、下兩側(cè)表面產(chǎn)生大小不等的輻射。

此時，維持對稱性破缺，通過調(diào)控參數(shù)將一側(cè)表面的成對半整數(shù)拓撲荷重新合并成整數(shù)拓撲荷，形成不依賴鏡面僅朝一個表面輻射能量的UGR態(tài)。

通過操控拓撲荷演化，實現(xiàn)單向?qū)９舱駪B(tài)

聯(lián)合課題組利用自主發(fā)展的傾斜刻蝕工藝制備樣品，實驗上觀測到非對稱輻射比高達27.7dB；這就意味著超過99.8%的光子能量朝一側(cè)定向輻射，較傳統(tǒng)設(shè)計提高了1～2個數(shù)量級，從而有力證明了單向輻射導(dǎo)模共振態(tài)的有效性和優(yōu)越性。

該技術(shù)有望顯著降低片上光端口的插入損耗，大幅推動高密度光互連和光子芯片技術(shù)的發(fā)展。

人物介紹

彭超，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子學(xué)系、區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室副教授。2004和2009年先后在北京大學(xué)取得物理學(xué)學(xué)士學(xué)位和通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位。2009至2011年在京都大學(xué)任日本學(xué)術(shù)振興會海外特別研究員（JSPS postdoctoral fellow）。專注于光纖傳感器件和系統(tǒng)、納米光電子學(xué)器件及應(yīng)用的研究。2019年獲國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項目資助。