近日，湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院唐志祥教授團隊與新加坡國立大學(xué)仇成偉教授團隊合作，在光學(xué)奇點研究領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)研究成果以“Dynamics of topological polarization singularity in momentum space”為題，發(fā)表在國際著名物理學(xué)期刊Physical Review Letters上(Phys. Rev. Lett. 127, 176101, 2021)，并獲得湖南省光學(xué)學(xué)會進展獎一等獎。 `x%U  
iioct_7,g<  
近年來，關(guān)于光子晶體板中偏振奇點的研究受到廣泛的關(guān)注。類似于實空間中矢量光場的偏振奇點，將光子晶體板能帶上的每一個具有不同面內(nèi)波矢的本征Bloch模式的遠場輻射偏振態(tài)映射投影至動量空間中，人們也會發(fā)現(xiàn)偏振奇點的存在，包括圓偏振點(C點)，線偏振(L線)和渦旋偏振點(V點)。在這些奇點上的本征模式具有十分有趣的性質(zhì)。例如，在具有整數(shù)拓撲荷數(shù)的V點上，由于本征模式的遠場輻射的偏振態(tài)沒有定義，其輻射強度為0。這與連續(xù)譜中的束縛態(tài)(BICs)密切相關(guān)，且基于其高品質(zhì)因子特性，可以被用來提高傳感器的靈敏度，構(gòu)建激光腔等。另外，在具有半整數(shù)拓撲荷數(shù)的C點上，本征模式的遠場輻射偏振態(tài)為圓偏振，這也與光學(xué)手性緊密相關(guān)。偏振奇點還具有魯棒的拓撲性質(zhì)：當改變系統(tǒng)參數(shù)時，這些奇點并不會突然消失，但它們在動量空間的位置會發(fā)生變化。這也被用來構(gòu)建對于結(jié)構(gòu)散射損耗不敏感的超高品質(zhì)因子諧振腔和具有單向輻射特性的諧振腔。迄今為止，各類偏振奇點已在光子晶體板中被發(fā)現(xiàn)，例如通過破壞具有整數(shù)拓撲荷數(shù)的BICs，能得到具有半整數(shù)拓撲荷數(shù)的C點，以及L線。同時，在能帶簡并處也直接觀察到了C點的存在。對于非簡并能帶，從0拓撲荷數(shù)出發(fā)，如何產(chǎn)生和控制偏振奇點來調(diào)控本征模式的遠場特性，是本研究的主要目標。 zqHpT^B?  
?$30NK3G  
5YTb7M  
本工作通過上下錯位堆疊的兩個一維光子晶體光柵，從0拓撲荷數(shù)出發(fā)實現(xiàn)了兩對C點的一個完整演化過程，其中包括產(chǎn)生，合并，以及湮滅。有趣的是，在其演化過程中，觀察到了C點的兩次合并與分裂，并且基于此產(chǎn)生了兩個單向輻射的諧振模式以及完美的BICs。該研究為在動量空間中創(chuàng)建各類偏振奇點，如C點和V點，提供了一種靈活的方法，并為控制諧振模式的遠場輻射特性，包括輻射通道、遠場偏振態(tài)以及品質(zhì)因子提供了新的視角和路徑。 ?o(ZTlT  
AkYupP2]v  
p|&ZJ@3  
該工作第一作者為我校2018級博士生曾益軒(新加坡國立大學(xué)仇成偉教授課題組聯(lián)培)，通訊作者為湖南大學(xué)唐志祥教授、新加坡國立大學(xué)胡光維博士和仇成偉教授，相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金以及國家留學(xué)基金項目的資助。此外，曾益軒同學(xué)參與的另一項工作“損耗誘導(dǎo)的拓撲相位奇異對的演化與非互易性”也于近日發(fā)表在Physical Review Letters上(Phys. Rev. Lett. 127, 266101, 2021)。 Z-^uM`],G  
?r -\%_J_(  
相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.176101