作者单位
摘要
华南理工大学物理与光电学院,广东 广州 510641
反手性拓扑光子态是具有抗背向散射及免疫缺陷特性的新型波导态,其在拓扑光子晶体的两个平行边界沿相同方向单向传输,在拓扑激光、集成光路、量子信息等领域展示出应用潜力。本文聚焦反手性拓扑光子态研究进展,从Dirac模型出发,推演经典Haldane模型、反手性Haldane模型以及异质Haldane模型,并展示不同拓扑态的传输行为。讨论手性边界态、反手性边界态以及单向体态在光子晶体中的实现,重点介绍基于反手性拓扑光子态的紧凑单向波导、拓扑环形腔、拓扑分束器等拓扑光学器件。最后针对反手性拓扑光子态研究面临的关键问题、未来发展趋势进行分析和展望。
反手性拓扑光子态 单向传输 拓扑光子晶体 拓扑器件 
激光与光电子学进展
2024, 61(15): 1500001
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
3 Key Laboratory of Vascular Aging, Ministry of Education, Tongji Hospital Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China
4 State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
5 Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute, Shenzhen 518063, China
Curvature sensing plays an important role in structural health monitoring, damage detection, real-time shape control, modification, etc. Developing curvature sensors with large measurement ranges, high sensitivity, and linearity remains a major challenge. In this study, a curvature sensor based on flexible one-dimensional photonic crystal (1D-PC) films was proposed. The flexible 1D-PC films composed of dense chalcogenide glass and water-soluble polymer materials were fabricated by solution processing. The flexible 1D-PC film curvature sensor has a wide measurement range of 33–133 m-1 and a maximum sensitivity of 0.26 nm/m-1. The shift of the transmission peak varies approximately linearly with the curvature in the entire measurement range. This kind of 1D-PC film curvature sensor provides a new idea for curvature sensing and measurement.
curvature sensor one-dimensional photonic crystals solution processing chalcogenide glass flexible film 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021601
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 School of Optoelectronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
Electromagnetic topological chiral edge states mimicking the quantum Hall effect have attracted a great deal of attention due to their unique features of free backscattering and immunity against sharp bends and defects. However, the matching techniques between classical waveguides and the topological one-way waveguide deserve more attention for real-world applications. In this paper, a highly efficient conversion structure between a classical rectangular waveguide and a topological one-way waveguide is proposed and demonstrated at the microwave frequency, which efficiently converts classical guided waves to topological one-way edge states. A tapered transition is designed to match both the momentum and impedance of the classical guided waves and the topological one-way edge states. With the conversion structure, the waves generated by a point excitation source can be coupled to the topological one-way waveguide with very high coupling efficiency, which can ensure high transmission of the whole system (i.e., from the source and the receiver). Simulation and measurement results demonstrate the proposed method. This investigation is beneficial to the applications of topological one-way waveguides and opens up a new avenue for advanced topological and classical integrated functional devices and systems.
guided waves highly efficient conversion photonic crystals topological chiral edge states 
Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 023902
作者单位
摘要
1 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室,北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京理工大学长三角研究院,浙江 嘉兴 314001
建立了一种以面心立方三维光子晶体为基础的有限元预测模型,研究了纳米粒子折射率、溶剂折射率、粒子直径、粒子间距等参数对反射光谱的影响。根据预测结果制备了优化尺寸的Fe3O4@SiO2纳米粒子电调谐器件。结果表明,有限元模型预测的反射光谱中心波长在680 nm至455 nm范围内移动,与制备器件的测试光谱匹配性良好。与解析预测模型相比,建立的三维有限元预测模型得到的反射光谱中心波长的预测结果准确性更高。对于非核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为0.49%~1.70%、0.82%~1.49%,表现相当;对于核壳结构,两种模型的预测误差范围分别为3.51%~6.11%、0.28%~1.34%。本文建立的三维有限元模型将预测误差典型值降低为原来的1/5.9。所提模型可用于准确预测胶体体系下自组装光子晶体反射光谱的动态调谐能力,弥补了解析预测模型在核壳结构光子晶体预测准确性方面的不足,可指导粒子材料参数和结构参数设计,以及可调谐范围的优化区间筛选。对反射光谱幅值和谱宽预测准确性的提升需进一步考虑短程有序结构等随机微扰特性的影响。
光谱学 胶体体系 自组装光子晶体 动态变色器件 有限元预测模型 反射光谱中心波长 
光学学报
2024, 44(4): 0430001
作者单位
摘要
1 广东开放大学(广东理工职业学院), 广东 广州 510091
2 华南理工大学物理与光电学院, 广东 广州 510640
光子晶体分为简单光子晶体和复式光子晶体,激光全息法是制作复式光子晶体的重要方法之一,光束偏振在其中扮演着重要角色。利用具有一定对称性的四光束配置干涉产生复式光子晶体,通过Matlab编程进行数值仿真,系统研究了不同偏振组合 (包括单光束、双光束、三光束和四光束) 对复式光子晶体元胞形状及干涉对比度的影响。结果表明,各光束的偏振度及旋转角度均对复式光子晶体具有显著影响。在不同偏振条件下获得了一系列丰富的元胞形状,如波浪条纹、椭圆柱、锯齿状等。此外,发现当各光束均为线偏振光时具有最佳的干涉对比度。上述研究结果对制作特殊元胞的复式光子晶体和虚拟实验教学具有一定的理论指导意义。
量子光学 复式光子晶体 激光全息法 偏振组合 数值仿真 quantum optics compound photonic crystals laser holography method polarization combinations numerical simulations 
量子电子学报
2023, 40(4): 447
作者单位
摘要
中国石油大学(华东)理学院,山东 青岛 266580
具有超高品质因子的光学微腔是构造各种集成光子器件的重要组件,以光子晶体微腔为基础的混合微腔为实现强烈的光和物质相互作用提供了一个新颖的平台,在腔量子电动力学、集成单光子源、量子计算等方面都具有十分广阔的应用前景。本文基于双异质结构光子晶体微腔,结合蝶形金纳米天线等离激元结构,设计实现了一种可见光波段的新型光子-等离激元混合微腔,并通过改变蝶形金纳米天线的间隙、角度、长度、厚度、相对位置等结构参数,利用三维时域有限差分法研究了等离激元纳米结构对混合腔的品质因子、有效模式体积、品质因数的调控规律,模拟结果显示,混合腔的有效模式体积和品质因数分别始终稳定在10-6λ/n3和108λ/n-3数量级,最佳品质因数值可达5.730689×108λ/n-3,优于其他类型的微腔。
光电子学 纳米光子学和光子晶体 光子晶体微腔 等离激元 纳米天线 品质因子 时域有限差分法 
激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1525002
作者单位
摘要
北京邮电大学理学院,北京 100876
给出了一种计算二维色散介质光子晶体能带结构的方法,研究二维色散介质光子晶体的特性。考虑色散光子晶体,即介电常数ε=εω与频率ω相关,求解一个非线性特征值问题得到能带结构。首先,基于光子晶体电磁波传播的控制方程组推导出变分形式,对离散以后的非线性问题选择合适的解作为初始值,基于牛顿法对不同的波矢k值求解该非线性问题,获得色散关系ωk,从而得到光子晶体的能带结构分布。基于数值方法,求解了几种不同的色散介质光子晶体在横电(TE)、横磁(TM)模式下的能带结构,数值结果表明该方法是有效的。
色散光子晶体 能带结构 有限元方法 光子带隙 牛顿法 
激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0926001
作者单位
摘要
河北大学物理科学与技术学院,河北 保定 071002
利用独特设计的阵列-液体电极介质阻挡放电装置,率先获得了Lieb晶格等离子体光子晶体,并实现了其基元大小、形状和微观形貌的多自由度原位调控。采用光电倍增管对Lieb晶格等离子体光子晶体的时空动力学行为进行了时空分辨测量。基于有限元计算,对不同基元结构的Lieb晶格等离子体光子晶体的色散关系和能带变化规律进行了系统研究。结果表明:Lieb晶格等离子体光子晶体由两套不同四方子晶格相互嵌套形成,具有优异的时空稳定性和周期性;随着Lieb晶格基元构型的改变,光子带隙发生显著变化,形成了偶然简并的类狄拉克锥结构,以及不同频段的完全带隙和非完全带隙;基元的几何形状对光子带隙数目、位置和宽度均具有重要影响。
材料 光子带隙材料 介质阻挡放电 等离子体光子晶体 Lieb晶格 基元形貌 
光学学报
2023, 43(4): 0416001
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
本文对梯度折射率光子晶体的亚波长聚焦特性进行了研究。该光子晶体是由硅和圆形空气孔构成的平行平板,通过改变空气孔的结构来实现折射率的梯度渐变。采用时域有限差分(finite-different time-domain,FDTD)算法对光子晶体的聚焦过程进行仿真分析。研究发现,适当地修正光程差可以大大地提高聚焦效果,同时焦距和中心空气孔的结构对聚焦效果也有影响。综合以上3种要素,最终设计出的梯度折射率光子晶体平板可实现较好的亚波长聚焦效果,其中在光子晶体外部1.45 λ处的光斑最佳,半宽值可达到0.3447 λ。为了提升应用性能,设计了一个动态的调焦系统。在该光子晶体中加入半导体制冷片来调节温度,通过改变温度可以实现1.1374 λ~2.6264 λ的焦点调谐,同时焦斑半宽均小于0.4 λ
梯度折射率光子晶体 FDTD算法 亚波长聚焦 半宽 gradient index photonic crystals FDTD algorithm sub-wavelength focusing half-width 
光学仪器
2022, 44(6): 29
陈家禾 1,2李燕方 1,2杭志宏 1,2,3,4,*
作者单位
摘要
1 苏州大学物理科学与技术学院,江苏 苏州 215006
2 苏州纳米科技协同创新中心,江苏 苏州 215006
3 苏州大学高等研究院,江苏 苏州 215006
4 江苏省薄膜材料重点实验室,江苏 苏州 215006
对于由完美电导体圆柱构成的蜂窝晶格光子晶体,类比静电相互作用,提出一种可计算晶格内与晶格间耦合强度的数学模型,通过对比晶格内耦合和晶格间耦合,在结构层面解释了量子自旋霍尔效应。计算结果表明,随着圆柱半径的增加,晶格内与晶格间耦合强度发生变化,即引发拓扑相变。数值模拟结果证实转变位置两侧的光子晶体能带结构发生了拓扑反转,在不同拓扑相的光子晶体界面存在单向传播的拓扑光波导。所提出的数学模型可以用于预测光/声拓扑绝缘体的拓扑相变,为后续的元器件开发提供参考。
物理光学 光子晶体 拓扑相变 静电相互作用 拓扑绝缘体 
光学学报
2022, 42(21): 2126010

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