近日，北京大學物理學院現(xiàn)代光學研究所“極端光學創(chuàng)新研究團隊”的王劍威研究員、胡小永教授、龔旗煌教授團隊與合作者近日提出并實現(xiàn)了一種基于大規(guī)模集成光學的完全可編程拓撲光子芯片。

研究人員通過在硅芯片上大規(guī)模集成可重構(gòu)的光學微環(huán)腔陣列，首次實現(xiàn)了一種任意可編程的光學弗洛凱人造原子晶格，可獨立且精確調(diào)控每個人工原子及原子-原子間耦合（包括其隨機但可控的無序），進而在單一芯片上實現(xiàn)了包括動態(tài)拓撲相變、多晶格拓撲絕緣體、統(tǒng)計相關拓撲魯棒性、以及安德森拓撲絕緣體等一系列實驗研究。

該工作拓寬了拓撲光子學邊界，使其首次具備了強可重構(gòu)與可編程性，為研究拓撲材料科學、發(fā)展拓撲光子技術提供了一種全新途徑。

相關研究成果今日（2024 年 5 月 22 日）以“可編程拓撲光子芯片”（A programmable topological photonic chip）為題，發(fā)表于《自然・材料》（Nature Materials）期刊。

圖片:搜狗截圖20240527223823.png

完全可編程的拓撲光子芯片

該拓撲芯片基于可重構(gòu)的集成光學微環(huán)陣列，在 11mm×7mm 的面積內(nèi)單片集成了 2712 個元件，包括 96 個高品質(zhì)因子微環(huán)陣列（品質(zhì)因子均達到 10⁵以上）、300 個可任意獨立調(diào)控的光學相移器與干涉儀（消光比達到 50dB 以上）。

該芯片首次成功實現(xiàn)了完全可編程的光學人造原子晶格。通過調(diào)控該拓撲芯片，可以實現(xiàn)人造原子間躍遷強度、躍遷相位的任意獨立調(diào)控以及晶格勢壘的任意構(gòu)造。

研究團隊對該拓撲芯片進行了快速實時的編程重構(gòu)，實現(xiàn)了包括耦合強度和相位分別激發(fā)的弗洛凱拓撲絕緣體相變、統(tǒng)計性質(zhì)相關的拓撲現(xiàn)象觀測（拓撲魯棒性和拓撲安德森相變的統(tǒng)計實驗證明）、以及實現(xiàn)多種不同晶格結(jié)構(gòu)下的拓撲絕緣體（一維 SSH 拓撲絕緣體、一維非厄米弗洛凱晶體、以及二維方形和蜂窩狀晶格中的弗洛凱拓撲絕緣體）等不同功能。

相關鏈接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-01904-1