近日，湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院唐志祥教授團(tuán)隊(duì)與新加坡國(guó)立大學(xué)仇成偉教授團(tuán)隊(duì)合作，在光學(xué)奇點(diǎn)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Dynamics of topological polarization singularity in momentum space”為題，發(fā)表在國(guó)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(huì)進(jìn)展獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。 ~[8n+p+&X  
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近年來(lái)，關(guān)于光子晶體板中偏振奇點(diǎn)的研究受到廣泛的關(guān)注。類(lèi)似于實(shí)空間中矢量光場(chǎng)的偏振奇點(diǎn)，將光子晶體板能帶上的每一個(gè)具有不同面內(nèi)波矢的本征Bloch模式的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射偏振態(tài)映射投影至動(dòng)量空間中，人們也會(huì)發(fā)現(xiàn)偏振奇點(diǎn)的存在，包括圓偏振點(diǎn)(C點(diǎn))，線偏振(L線)和渦旋偏振點(diǎn)(V點(diǎn))。在這些奇點(diǎn)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?fù)浜蓴?shù)的V點(diǎn)上，由于本征模式的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射的偏振態(tài)沒(méi)有定義，其輻射強(qiáng)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(lái)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?fù)浜蓴?shù)的C點(diǎn)上，本征模式的遠(yuǎn)場(chǎng)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(diǎn)還具有魯棒的拓?fù)湫再|(zhì)：當(dāng)改變系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，這些奇點(diǎn)并不會(huì)突然消失，但它們?cè)趧?dòng)量空間的位置會(huì)發(fā)生變化。這也被用來(lái)構(gòu)建對(duì)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(lèi)偏振奇點(diǎn)已在光子晶體板中被發(fā)現(xiàn)，例如通過(guò)破壞具有整數(shù)拓?fù)浜蓴?shù)的BICs，能得到具有半整數(shù)拓?fù)浜蓴?shù)的C點(diǎn)，以及L線。同時(shí)，在能帶簡(jiǎn)并處也直接觀察到了C點(diǎn)的存在。對(duì)于非簡(jiǎn)并能帶，從0拓?fù)浜蓴?shù)出發(fā)，如何產(chǎn)生和控制偏振奇點(diǎn)來(lái)調(diào)控本征模式的遠(yuǎn)場(chǎng)特性，是本研究的主要目標(biāo)。 ;R5@]Hg6q  
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本工作通過(guò)上下錯(cuò)位堆疊的兩個(gè)一維光子晶體光柵，從0拓?fù)浜蓴?shù)出發(fā)實(shí)現(xiàn)了兩對(duì)C點(diǎn)的一個(gè)完整演化過(guò)程，其中包括產(chǎn)生，合并，以及湮滅。有趣的是，在其演化過(guò)程中，觀察到了C點(diǎn)的兩次合并與分裂，并且基于此產(chǎn)生了兩個(gè)單向輻射的諧振模式以及完美的BICs。該研究為在動(dòng)量空間中創(chuàng)建各類(lèi)偏振奇點(diǎn)，如C點(diǎn)和V點(diǎn)，提供了一種靈活的方法，并為控制諧振模式的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性，包括輻射通道、遠(yuǎn)場(chǎng)偏振態(tài)以及品質(zhì)因子提供了新的視角和路徑。 z*V 8l*  
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該工作第一作者為我校2018級(jí)博士生曾益軒(新加坡國(guó)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(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金以及國(guó)家留學(xué)基金項(xiàng)目的資助。此外，曾益軒同學(xué)參與的另一項(xiàng)工作“損耗誘導(dǎo)的拓?fù)湎辔黄娈悓?duì)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)。 jz,K>   
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相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.176101