北大科研团队《自然》发表成果 有望推动光子芯片技术发展

彭超等人从拓扑荷操控出发，在光子晶体平板中实现了单向辐射的特殊谐振态，即单侧辐射导模共振（unidirectional guided-resonance,UGR）态，在一维光子晶体中通过倾斜侧壁同时破缺结构垂直对称性和面内对称性，使体系中连续区束缚态所携带的整数拓扑荷分裂为一对半整数拓扑荷，并在平板上、下两侧表面产生大小不等的辐射。

此时，维持对称性破缺，通过调控参数将一侧表面的成对半整数拓扑荷重新合并成整数拓扑荷，形成不依赖镜面仅朝一个表面辐射能量的UGR态。
联合课题组利用自主发展的倾斜刻蚀工艺制备样品，实验上观测到非对称辐射比高达27.7dB；这就意味着超过99.8%的光子能量朝一侧定向辐射，较传统设计提高了1～2个数量级，从而有力证明了单向辐射导模共振态的有效性和优越性。

相关研究成果以《拓扑保护的单向导模共振态观测》（Observation of topologically enabled unidirectional guided resonances）为题，2020年4月22日在线发表于《自然》（Nature，第580卷第467～471页）；电子学系2015级博士研究生尹雪帆为第一作者，彭超为通讯作者。