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清华大学取得拓扑光学研究新突破
责编：陈凯欣
2025-03-06
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近日，一项重要研究取得了突破性进展，该研究由清华大学深圳国际研究生院副教授宋清华、研究员李勃以及中国工程院院士周济教授等多位学者共同完成。他们在拓扑光学领域实现了重大创新，首次提出了一种全新的实动量拓扑光子晶体概念，并深入揭示了无序中稳定拓扑的形成机制，同时成功实现了光子晶体的有效信息编码。
在光学研究中，连续域束缚态（BIC）是一种独特的光学现象，其能量被局限在一个特定区域无法向外传播，在动量空间中呈现出特殊的偏振分布。这一特性使其在涡旋光产生、场增强以及高Q值等领域具有重要应用价值，对拓扑光学的发展产生了深远影响。
传统上，BIC的实现依赖于严格的周期性结构。然而，当结构中引入无序时，这种严格的周期性将被破坏，导致BIC退化为另一种准束缚态（QBIC），其拓扑特性也随之消失。因此，在过去的研究中，通常会尽可能避免无序对结构的影响。但另一方面，无序也为结构控制提供了额外的自由度，这对波前调控等应用具有重要意义。如何在保持BIC拓扑特性的前提下引入有效无序信息，成为拓扑光学领域的一个重要挑战。
针对这一难题，研究团队提出了一种创新性解决方案：实动量拓扑光子晶体概念。这一突破为拓扑光学的应用开辟了新的方向，并有望推动微纳光学器件的发展。其潜在应用包括高稳定性、高容量的光通信技术，复杂结构光生成，高维量子纠缠技术，生物粒子精细操控以及AR/VR显示器件等领域。
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