帕德伯恩大学
陆金龙在光学实验室测量
学分:帕德博恩大学，托马斯·岑特格拉夫 光不仅作为光学计算机芯片的信息载体发挥着关键作用，特别是对于下一代量子计算机
它在微小芯片尖角周围的无损引导以及对其与其他光线相互作用的精确控制是全世界研究的焦点
帕德博恩大学的科学家们现在已经证明了光波在空间上被限制在比拓扑光子晶体中的波长更小的点上
这些是人工电磁材料，有助于对光进行强有力的操控
例如，状态受特殊属性保护，对量子芯片很重要
这些发现现已在科学进展发表
拓扑晶体在特定结构的基础上发挥作用，其性质基本不受干扰和偏差的影响
虽然在正常的光子晶体中，光操纵所需的效果是脆弱的，并且可能受到材料结构中的缺陷的影响，例如，在拓扑光子晶体中，条件受到保护而不受影响
拓扑结构允许单向光传播和增加引导光子的鲁棒性等特性，这些特性对于未来基于光的技术至关重要
光子晶体借助光子的光学带隙影响电磁波的传播，这种带隙阻止了光在某些方向上的运动
散射通常会发生——一些光子被反射回来，而另一些则被反射走
“通过跨越光子晶体更大范围的拓扑光态，你可以防止这种情况
在正常的光波导和光纤中，背反射是一个主要问题，因为它会导致不必要的反馈
传播过程中的损耗阻碍了光学芯片的大规模集成，其中光子负责传输信息
在拓扑光子晶体的帮助下，可以实现新型的单向波导，即使在存在任意大的无序的情况下，也可以传输光而没有任何背反射，”帕德博恩大学超快纳米光子学研究小组负责人托马斯·岑特格拉夫教授解释说
这个起源于固态物理的概念已经带来了许多应用，包括稳健的光传输、拓扑延迟线、拓扑激光器和量子干涉
“最近还证明，基于周期性结构中具有晶体位错的弱拓扑的拓扑光子晶体也表现出这些特殊性质，并且还支持所谓的拓扑保护的强空间局域光态
当某个对象受到拓扑保护时，参数的任何更改都不会影响受保护的属性
局域光态对于非线性放大、光子元件的小型化和光子量子芯片的集成极其有用，”Zentgraf补充道
在这种情况下，弱拓扑态是光的特殊状态，它不仅来自拓扑能带结构，而且来自晶体结构的形成
在一项联合实验中，来自帕德伯恩大学和亚琛工业大学的研究人员使用了一种特殊的近场光学显微镜来证明拓扑结构中存在这种长局域光态
“我们表明，弱拓扑的多功能性可以在有意诱导的结构位错中产生强空间局域化光场，”博士卢金龙解释说
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Zentgraf小组的学生，论文的主要作者
Zentgraf补充说:“我们的研究证明了一种可行的策略，可以实现光的拓扑保护、局部零维状态。”
通过他们的工作，研究人员已经证明了近场显微术是表征光学频率下具有纳米级分辨率的拓扑结构的有价值的工具
该发现为基于弱拓扑的强局域光态的应用提供了基础
因此，具有可调折射率的相变材料也可以用于实验中使用的纳米结构，以产生鲁棒且活跃的拓扑光子元件
Zentgraf说:“我们现在正在研究概念，为晶体结构中的位错中心配备用于单光子产生的特殊量子发射器，”他补充说:“这些可以用于未来的光学量子计算机，单光子产生在其中发挥着重要作用。”
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