近日綠色化發展，哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院丁衛(wèi)強教授課題組在拓撲光子芯片領(lǐng)域取得重要突破，相關(guān)研究成果以《基于橫向自旋匹配機制的拓撲光子晶體波導(dǎo)的高效耦合》(Efficient coupling of topological photonic crystal waveguides based on transverse spin matching mechanism)為題發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)不久前。
拓撲光子波導(dǎo)因魯棒傳輸特性備受關(guān)注用上了，但其與片上功能器件的低輸入/輸出耦合效率制約實際應(yīng)用。傳統(tǒng)模式匹配方法依賴電場模式的嚴格對準(zhǔn)能力建設，但針對拓撲波導(dǎo)時效率較低關註。丁衛(wèi)強教授團隊通過理論計算與實驗驗證，首次揭示了橫向自旋匹配(TSM)是拓撲波導(dǎo)高效耦合的關(guān)鍵機制無障礙。研究發(fā)現(xiàn)連日來，橫向自旋與能量流傳播方向通過自旋−動量相互作用而鎖定，通過調(diào)控橫向自旋分布可實現(xiàn)能量單向傳輸發揮重要帶動作用∫庀?；诖耍瑘F隊利用遺傳算法設(shè)計出尺寸僅1.2×0.8 微平方米的超高效率耦合器文化價值，理論傳輸效率96.3%形式，實驗測量也高達94.2%，較此前報道結(jié)果提升顯著不斷完善。研究表明橫向自旋匹配(TSM)機制具有普適性數字化，可擴展至其他拓撲結(jié)構(gòu)，且耦合效率可通過進一步的深度優(yōu)化繼續(xù)提升(數(shù)值模擬結(jié)果顯示效率能夠超過99%)基礎上。該成果為拓撲光子芯片的大規(guī)模功能集成奠定了理論基礎(chǔ)各領域。
橫向自旋匹配實現(xiàn)波導(dǎo)與拓撲波導(dǎo)高效耦合
哈工大為論文第一完成單位。物理學(xué)院助理研究員史博建保持競爭優勢、賈琦和博士研究生李效欣為共同第一作者進行培訓，物理學(xué)院丁衛(wèi)強教授相關性、曹永印副教授、馮睿老師物聯與互聯，新加坡國立大學(xué)仇成偉教授為論文共同通訊作者穩定。物理學(xué)院博士研究生李航、張燕霞供給、高艷雨優勢與挑戰、高文雅等人也對論文發(fā)表作出重要貢獻。
該研究獲國家自然科學(xué)基金解決方案、黑龍江省自然科學(xué)基金杰出青年項目支持趨勢。
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