一种非厄米拓扑光子晶体功能波导.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115903133A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211735358.X(22)申请日2022.12.30(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市孝陵卫200号(72)发明人蒋立勇王庆(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师张祥(51)Int.Cl.G02B6/122(2006.01)G02B1/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种非厄米拓扑光子晶体功能波导(57)摘要本发明提出一种非厄米拓扑光子晶体功能波导，其是由内外两个含有增益‑损耗介质柱的非厄米Kagome光子晶体构成，包括外部拓扑平庸的非厄米Kagome光子晶体(1)和内部拓扑非平庸的三角形非厄米Kagome光子晶体(2)。本发明基于非厄米Kagome光子晶体高阶拓扑绝缘体模型，构建了非厄米拓扑光子晶体功能波导，实现了对拓扑角态的完美空间选择，可应用于拓扑光存储和光计算等领域。CN115903133ACN115903133A权利要求书1/1页1.一种非厄米拓扑光子晶体功能波导，其特征在于，其是由内外两个含有增益‑损耗介质柱的非厄米Kagome光子晶体构成，包括外部拓扑平庸的非厄米Kagome光子晶体(1)和内部拓扑非平庸的三角形非厄米Kagome光子晶体(2)。2.根据权利要求1所述的非厄米拓扑光子晶体功能波导，其特征在于，光子晶体的元胞包含三对二聚体介质柱，其中有三个深色的增益介质柱和三个浅色的损耗介质柱，增益损耗材料基于单晶硅或砷化镓进行掺杂，增益系数和损耗系数分别为γ和‑γ，增益介质柱和损耗介质柱沿垂直方向构成镜面对称。3.根据权利要求2所述的非厄米拓扑光子晶体功能波导，其特征在于，Kagome光子晶体(1)的晶格常数为a，介质柱的半径为r＝a/12，二聚体介质柱之间的距离为m＝0.2a，二聚体中心到晶格中心的初始距离为b＝0.5a，外部拓扑平庸的非厄米Kagome光子晶体(1)和内部拓扑非平庸的三角形非厄米Kagome光子晶体(2)分别乘以缩放系数t1和t2，其中0.6<t1<1，1<t2<1.4。4.根据权利要求3所述的非厄米拓扑光子晶体功能波导，其特征在于，设定t1＝0.7，t2＝1.3，增益损耗材料基于单晶硅进行掺杂，介电常数表示为，γ＝0.1，Kagome光子晶体的晶格常数为a＝0.69μm，介质柱的半径为r＝a/12，二聚体柱之间的距离为m＝0.2a。5.根据权利要求3所述的非厄米拓扑光子晶体功能波导，其特征在于，设定t1＝0.75，t2＝1.25，增益损耗材料基于单晶硅进行掺杂，介电常数表示为ε＝12±γi，γ＝0.15，Kagome光子晶体的晶格常数为a＝0.81μm，介质柱的半径为r＝a/12，二聚体柱之间的距离为m＝0.2a。6.根据权利要求3所述的非厄米拓扑光子晶体功能波导，其特征在于，设定t1＝0.8，t2＝1.2，增益损耗材料基于砷化镓进行掺杂，介电常数表示为ε＝11.4±γi，γ＝0.05，Kagome光子晶体的晶格常数为a＝0.73μm，介质柱的半径为r＝a/12，二聚体柱之间的距离为m＝0.2a。2CN115903133A说明书1/3页一种非厄米拓扑光子晶体功能波导技术领域[0001]本发明属于光子晶体集成波导技术领域，具体涉及一种非厄米拓扑光子晶体功能波导。背景技术[0002]近十年来，拓扑绝缘体作为国内外的科学研究热点，以其强大的鲁棒性和抗背散射能力在凝聚态物理和其他扩展系统中得到了广泛的研究。尤其是光子晶体高阶拓扑绝缘体中的拓扑角态受到时间反转或空间反转对称性的保护，可用于开发具有超小模体积、高质量因子和低阈值的微纳激光器，例如专利申请“一种新型拓扑光子晶体结构及光波导的制作方法(CN202011436792.9)”。[0003]近年来，非厄米物理与拓扑物理的结合开辟了“非厄米拓扑物理”新方向。非厄米拓扑物理致力于探究非厄米性存在时对系统拓扑态的影响。以光子晶体拓扑绝缘体为例，研究表明，当非厄米性存在时可以使得体系原有的拓扑体边和体角对应关系发生改变甚至完全被破坏。2019年，Z.W.Zhang等人提出了一种基于二维正方晶格的非厄米光子晶体模型，研究发现，当使用不同的时空反演对称设置时，二维正方晶格光子晶体的四个角同时激发的拓扑角态将被复共轭对角态或伪铰链角态所取代(Phys.Rev.Lett.122(19),195501(2019))，这为开发新型的非厄米拓扑光子晶体功能波导奠定了基础。[0004]非厄米拓扑光子晶体功能波导的研究相对于常规的拓扑光子晶体功能波导而言，依然处于初始阶段，需要进行大量的研究。在Z.W.Zhang等人的工作中，尽管非厄米性的引入会使得