清华大学首次提出实动量拓扑光子晶体概念

2月26日，清华深圳国际研究生院副教授宋清华团队联合新加坡国立大学教授仇成伟、洛桑联邦理工大学教授罗曼·弗勒里（Romain Fleury）在“Nature”发文，首次提出一种实动量拓扑光子晶体的概念，揭示了无序中稳定拓扑的形成机制，并实现了光子晶体的有效信息编码。

在光学中，连续域束缚态（BIC）是一种特殊的光学奇点，在涡旋光产生、场增强和高Q值等光学应用中具有广阔的前景，对拓扑光学领域具有深远影响。传统BIC需严格周期性结构，无序会使其退化为准BIC并丧失拓扑特性。虽然无序常被视为干扰‌，但其可增强波前调控自由度‌。因此，如何在保留拓扑特性的前提下引入有效无序，成为拓扑光学的关键挑战。为了解决这一问题，研究团队首次提出了一种实动量拓扑光子晶体的概念。团队通过主动引入实空间的无序，生成Pancharatnam-Berry（PB）相位，从而在保持动量空间拓扑奇点的同时，赋予光子晶体额外的信息编码能力。这种“实空间－动量空间双拓扑”设计不仅突破了传统拓扑光子学的局限，还为实现多功能集成光学器件开辟了新途径，有望应用于高稳定性高容量的光通信技术、复杂结构光的生成、高维量子纠缠技术、生物粒子的精细光学操控、AR/VR显示器件等领域。