光場調控是通過光場與物質相互作用物理過程的精密控制，獲得特定多維度的新型光場分布。光子晶體作為典型的超構材料（一種人工非均勻亞波長光學結構），由于其強大的光子人工帶隙調節能力，是微納光場調控物理與應用研究的重要體系，在微腔等集成光子器件的設計方面具有獨特的優勢。但是，超構材料多自由度而導致的光場調控現象缺乏簡單有效的物理原理來描述，制約了光子晶體微腔等集成光子器件的發展。
我校物理學院、光電材料與技術國家重點實驗室超構材料光學研究團隊圍繞微納光場調控基礎物理和應用的科學問題，以微納拓撲光子學為方向，取得了系列研究成果，發展了多維度關聯調控新原理以及光學微腔設計新方法，對推動下一代光子和量子信息傳輸處理技術具有重要的積極作用。近期，團隊負責人董建文教授榮獲2020年教育部青年科學獎（全國8名）。
針對拓撲光場局域調控技術，我校超構材料光學研究團隊實現了具有二階拓撲相的硅基光子晶體平板及其拓撲角態微腔，相關成果以“In-plane excitation of a topological nanophotonic corner state at telecom wavelengths in a cross-coupled cavity”為題發表在物理學一區中國期刊Photonics Research上。首先，理論上定義了一個物理量定量地描述了平板體系的二維扎克相，預言了硅基平板(SOI)上拓撲角態的存在，并巧妙地將局域態密度、空間傅里葉譜等分析方法引入拓撲角態光場局域特性研究當中；進一步，引入交叉耦合腔設計，在面內實現了對拓撲角態的有效激發，從而在光通訊波段觀測到了角態的面外輻射模場，實現了與硅光集成器件兼容的SOI拓撲角態微腔；最后，結合耦合模式理論，深入分析了基于拓撲角態微腔的光學性能。該工作由中山大學獨立完成（唯一署名單位），何辛濤博士和博士生李夢鈺為第一作者，董建文教授為通訊作者。
圖1 SOI拓撲角態交叉耦合微腔
多年來，該團隊在微納拓撲光子學領域有著長期積累，研究成果得到廣泛關注和報道。近期，何辛濤博士合作發表的拓撲光量子芯片工作，入選PRL Editors' suggestion，并接受Phys.org采訪以Feature stories形式進行報道。此外，何辛濤博士合作撰寫了題為“Valley photonic crystals”的英文綜述[Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021)]，董建文教授和陳曉東副教授為共同通訊作者。
以上微納拓撲光子學系列成果依托光電材料與技術國家重點實驗室和物理學院等平臺，得到了國家自然科學基金委重點項目、科技部國家重點研發計劃“光電子與微電子器件及集成”重點專項、廣東省自然科學基金、廣州市科技計劃、中山大學高校基礎科研業務等項目的大力支持。
論文鏈接：
[1] He, et. al., Photonics Research 9, 1423 (2021). https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-8-1423&id=453141
[2] Liu, et. al., Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23746149.2021.1905546
[3] Phys.org報道：https://phys.org/news/2021-07-topologically-valley-dependent-quantum-photonic-chips.html
