Fotoniska kristaller med dubbelpolarisation. (a) Strukturen hos dalens fotoniska kristall, (b) Bulkbandstruktur och egenfält för representativa bulkmoder vid K-punkten. (c) Polarisationsberoende brytning av kantmoder. Kredit:Science China Press
Införandet av topologi i fotoniska system har väckt stor uppmärksamhet inte bara för den utarbetade formningen av ljus utan också för dess praktiska tillämpningar i nya fotoniska enheter. Ursprungligen realiserades ljusets kvanthalleffekt i fotoniska kristaller (PC) genom att införa externa elektriska eller magnetiska fält för att bryta tidsomkastningssymmetrin (TRS).
Istället för att bryta TRS har ljusets kvant-spin-Hall-effekt uppnåtts i TRS-bevarade system där fotoniska pseudospins kan konstrueras. Nyligen har dalen Hall-effekten av ljus realiserats genom att introducera den binära dalens frihetsgrad (DoF) i fotoniska system. En av de vitala egenskaperna hos dalen Hall-effekten är det icke-triviala fotoniska bandgapet, som kännetecknas av Chern-talet som inte är noll.
Dessutom stöds dalberoende kantlägen vid domänväggen som består av två datorer med Chern-nummer i motsatt dal. Valley Hall-effekten av ljus realiseras vanligtvis i en triangulärt gitter-PC med bruten spegelsymmetri eller i en bikake-gitter-PC med bruten rumslig inversionssymmetri, och den är kompatibel med befintlig nanofotonisk tillverkningsteknik.
För dessa fördelar har dal-datorer fått stor uppmärksamhet inom integrerad fotonik och är lovande i tillämpningar inklusive vågledare, stråldelare, ringresonatorer, etc. Å andra sidan, som en av ljusets DoFs, har polarisering använts i stor utsträckning vid multiplexering av fotonik enheter. Att utforska den polarisationsberoende valley Hall-effekten, som introducerar en konventionell DoF av ljus i topologiska datorer, kommer ytterligare att bredda tillämpningsområdet för topologisk fotonik.
Nyligen har Xiao-Dong Chen, Jian-Wen Dong et al. från Sun Yat-sen University föreslog polarisationsdalen Hall-effekten av ljus i en 2D triangulärt gitter PC. Forskningsresultaten fick titeln "Dual-polarization two-dimensional valley photonic crystals" och publicerades i Science China Physics, Mechanics &Astronomy .
Den oavsiktliga degenereringen av frekvenser för Dirac-koner med TE- och TM-polarisationer, dvs. Dirac-koner med oavsiktlig dubbelpolarisering, realiseras genom att ändra fyllnadsförhållandet för metallstavar i den dielektriska bakgrunden. De polarisationsberoende dalen Chern-talen bekräftas genom att analysera vortexfasfördelningen av egenfält och beräkna Berry-kurvaturen i momentumrymden.
De resulterande TE- och TM-polariserade bandgaporna med Chern-tal i motsatta dal leder till Hall-effekten av polariseringsdalen av ljus. Ett nyckelfenomen av ljusets polarisationsdal-halleffekt, dvs polarisationsberoende brytning av bulkmoder in i det homogena mediet, demonstreras. Sådana polarisationsberoende egenskaper är användbara vid multiplexering av fotoniska anordningar, t.ex. polarisationsstråledelaren.
Bortsett från de polarisationsberoende fenomenen presenteras också den polarisationsoberoende topologiska daltransporten, vilket uppfyller önskemålet om att öka informationskapaciteten i optisk sammankoppling genom att introducera polarisation DoF.
Det är anmärkningsvärt att de presenterade resultaten är generella eftersom nyckelkravet är att hitta två polarisationsberoende dalfotoniska bandgap som delar samma frekvensområde. Dessutom kan införande av polarisering i andra topologiska faser resultera i fruktbara spännande fenomen, inklusive polarisationsberoende topologiska hörntillstånd av högre ordning, etc.
Detta arbete föreslog ett tillvägagångssätt för att tillämpa polarisations DoF i 2D Valley Hall PCs. Införandet av polarisering DoF i topologisk fotonik har berikat ljusfältsmanipulation och har erbjudit en djupare tillämpningspotential för topologisk fotonik. + Utforska vidare
