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首页>> news>> 2023年10月组内文献阅读汇报



拓扑多能带光子超晶格


光学体系中的非平庸相一直是纳米光子学的研究热点。SSH模型天然的提供了一个拓扑平庸态和一个拓扑非平庸态。其中,非平庸带隙中存在强局域的零能边界态。一维零能模在实验上已经得到了广泛的研究。然而,实现一维拓扑边界态的调控还存在一定的挑战。近来,宾夕法尼亚大学的Bikashkali Midya和Liang Feng设计提出了一种多聚体光栅模型,在理论上实现了边界态个数的调控和能带的拓扑翻转。基于SSH模型理论,元胞内和元胞间的相对耦合强度决定了拓扑相的产生。基于此,他们通过调控四聚体光栅的元胞间耦合强度实现了对于拓扑带隙的调控,进而调节拓扑边缘态的产生。对于拓扑非平庸的系统,不断改变元胞间耦合强度,可以实现能带的拓扑翻转。此外,他们还通过引入一定的缺陷,实现了缺陷免疫的拓扑输运。该工作为拓扑保护光学器件的设计提供了重要参考。 文章链接:10.1103/PhysRevA.98.043838

PHYSICAL REVIEW A 98, 043838



报告人:李慰


等离激元波导阵列拓扑边界态的光谱观测


二维光学体系中,背散射免疫的拓扑边界态可以在晶格界面处产生。相对应的,一维体系中也应该存在单向输运的拓扑边界态。然而,在一维体系中要证明局域态是拓扑边缘态存在一定的挑战。因为一维界面态处的局域态有可能是缺陷中心引起的。近来,德国波恩大学的Felix Bleckmann等人提出并制备了一种二聚体光栅SSH模型,在实验上观测并证明了拓扑边界态的存在。由于SSH模型存在手征对称性,所以系统存在零能模,即在其中一个子单元格点存在一个消失的振幅。实验发现,在边界处激发时,系统在边界处存在一个局域模。而在临近系统的单元的第一个格子激发时,局域模消失;在第二个格子激发时,局域模又重新产生。这就在实验上证明了零能模的产生,进而说明界面态即边界态。此外,通过角分辨反射谱也可以观察到拓扑局域态的的产生。该工作为一维拓扑边界态的设计提供了重要理论实验依据。 文章链接:10.1103/PhysRevB.96.045417

PHYSICAL REVIEW B 96, 0454171



报告人:李慰


Twisted moiré photonic crystal enabled optical vortex generation through bound states in the continuum


在扭曲双层二维范德华材料中形成的莫尔条纹导致了对新兴电子特性的观察和探索,包括莫尔条纹激子、分数Chern绝缘子和Mott绝缘子。随着对二维材料的莫尔条纹双层研究的激增,光子学中的莫尔条纹模式也引起了光学学界的注意,包括软质诱导的平坦带、能量定位和光孤子。此外,光子结构的扭曲打破了镜像对称性,使其具有手性光学性质。在这里,我们证明了扭曲双层光子晶体(TBPC)的结构手性,通过两层光子晶体(PhCs)中的连续统(BICs)束缚态,使光的手性:光学涡旋成为可能。 光学涡旋是一种具有螺旋相位前和光束中心未定义相位的光束,导致“甜甜圈”强度分布。光学涡旋已被证明携带轨道角动量(OAM),这是一种超越光自旋的新自由度。自发现光的OAM以来,光涡旋极大地扩展了许多研究领域的视野,包括超分辨率成像,光通信,微操作和量子信息处理。因此,光学涡旋的产生引起了广泛的关注。 在这项工作中,我们发现两层PhCs的扭曲堆叠能够产生对入射光的入射角或照明位置不敏感的鲁棒光学涡旋辐射。利用两个扭曲PhC板之间特殊的层间耦合机制,在单层PhC连续体(BICs)的自由空间和束缚态之间建立了一个扭曲的能量传递通道。当任意高斯光束照射到TBPC上时,phc1中的at- Γ BIC模式通过层间通道被phc2中的耦合引导共振激发。BIC模式反过来通过诱导Pancharatnam-Berry (PB)相激发phc2中的辐射引导共振,用于光学涡旋发射,我们将在下面更详细地展示。从理论上和数值上证明了高Q因子TBPC系统产生的光束具有“甜甜圈”的强度分布和涡流相位分布,这使TBPC系统成为涡旋微激光应用的理想平台。此外,通过调整TBPC的设计,可以实现任意波长的奇偶级光涡旋辐射。

Nature Communications (2023)14:6014



报告人:付朋.


Interlayer exciton laser of extended spatial coherence in atomically thin heterostructures


半导体激光器在当今的技术中无处不在,因为它们结构紧凑,覆盖广泛的波长范围,并允许高效的电泵浦和快速的电调制。为了实现更低的功耗、更紧凑的尺寸和与硅的更高集成度,人们已经付出了巨大的努力来开发替代增益材料和结构,如纳米线激光器,光子晶体激光器。然而,可调性、电泵和异构集成仍然是共同的挑战。近年来,单层过渡金属二硫化物晶体(TMDCs)因其原子级薄且具有强激子发射特性而成为半导体激光器的一类新材料。虽然晶格失配限制了三维(3D)半导体衬底的选择,但二维(2D) TMDCs没有悬空键,可以直接与不同的衬底集成。先前的研究使用了两个标准来评估单层TMDCs中的激光:非线性强度依赖性和作为泵浦功率函数的线宽减少。然而,光子通量似乎低于受激发射阈值。空间相干是表征激光的一个重要性质,但尚未得到研究。因此,很难排除局域激子,如点缺陷,作为所观察到的非线性功率依赖的来源。 本研究表明,在氮化硅(SiN)腔上集成的旋转排列的二维WSe2-MoSe2异质层中(图1),层间激子形成了有效的增益介质,支持在低能级反转密度下具有扩展空间相干性的激光。如图1b所示,通过在两个单层之间形成直接带隙,层间激子保持了足够大的振荡强度。通过ii型带排列,异质双分子层形成了一个三能级系统,可以通过层内激子共振进行高效泵送,然后将电子快速转移到能量较低的空导带(图1c)。因此,在减小带隙的同时,很容易实现种群反转,同时避免了载流子的快速层内辐射损耗。此外,与用于单层激子激光器的一些空腔不同,我们设备中的空腔模式完全覆盖了异质双层,允许在双层的整个区域上获得增益,并支持扩展的空间相干性(图1a)。我们观察到当光子占用超过单位时,激光伴随着空间相干长度的突然增加。排放强度在阈值上非线性增加超过100倍,然后随着泵功率(无饱和)继续线性增加,直到使用的最高功率。我们的研究结果表明,工程TMDC异质层中的层间激子是一种有效的激光介质,与单层TMDC中的激子相比,它具有电可调谐的远程偶极相互作用和振荡器强度、强大的谷极化和ii型波段对准。非常适合通过原子薄的双层p-n结进行电注入。

Nature 576, 80–84 (2019).



报告人:付朋


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