基于滑移光子晶体界面的拓扑模.pdf

基于滑移光子晶体界面的拓扑模

研究生姓名：詹子媚导师姓名：王海啸教授

学科：物理学研究方向：光学年级：2021级

中文摘要

光子晶体是一种由电介质材料周期性组成的光学结构，为操纵光提供了绝佳的平

台。传统的光子晶体波导/微腔是通过移除或者修改多个原胞来引入线缺陷或点缺陷，

实现对光的引导或者捕获。近年来，拓扑物理的蓬勃发展为实现稳健的光操控提供了

新的机遇，特别是Wannier型高阶光学拓扑绝缘体的提出，使得人们能同时在不同维

度实现对光的操控。

本文基于全介质正方晶格光子晶体的不同Wannier构型，提出了滑移光子界面的

概念。我们发现，光可以在滑移光子晶体界面中被有效引导和捕获。具体而言，当滑

移参数等于半个晶格常数时，边界态为贯穿带隙的无能隙边界态。我们证明了这种滑

移对称的波导具有强鲁棒性，甚至在无序和拐角的情况下，也具有良好的传输特性。

另一方面，当滑移参数不等于半个晶格常数时，边界态打开带隙，其大小可由Dirac质

量来表征。特别地，我们还发现，当两个Dirac质量符号相反的滑移光子晶体界面放置

在一起时，边界态带隙内将出现了Jackiw-Rebbi孤子态，局域在两个滑移光子晶体界

面的中间。

作为潜在的应用，我们讨论了基于滑移光子晶体界面的耦合腔波导系统，即将滑

移对称波导与Jackiw-Rebbi孤子态集成在同个系统中。研究表明，基于滑移光子晶体

界面的耦合腔波导系统的抗干扰能力相较于一般光子晶体腔波导具有更强的鲁棒性。

最后，我们还给出了基于滑移光子晶体界面的分束器。

关键词：光子晶体；Wannier构型；滑移对称波导；耦合腔波导系统

Topologicalmodesbasedonshiftedphotoniccrystalinterfaces

Graduatestudent:Zi-meiZhan

Supervisor:Prof.Hai-xiaoWang

Major:Physics

Researchdirection:Optics

Grade:2021

Abstract

Photoniccrystals(PCs)areperiodicdielectricstructuresthatseveredasanexcellent

platformtomanipulatelight.Aconventionalwaytoguide/traplightviaPCsistointroducea

lineorpointdefectbyremovingormodifyingseveralunitcells.Inrecentyears,therapid

developmentoftopologicalphysicshasprovidednewopportunitiesforachievingrobustlight

manipulation.Inparticular,theproposalofWannier-typehigh-orderphotonictopological

insulatorshasenabledpeopletomanipulatelightindifferentdimensionsatthesametime.In

thispaper,basedonthenormalsquarelatticephotoniccrystal,itisfoundthattheshifted

photoniccrystalinterfacecaneffectivelysupportthegaplessinterfacestateandthebandgap

boundstate