据中国激光杂志社网，于2024年03月08日报道， 由于真实体系中大多数光学系统都具有损耗（或增益），这些光学系统的哈密顿量通常转置复共轭不等于自身，因此在非厄米体系设计和构造拓扑光子器件具有重要的现实意义。损耗作为材料的一种固有属性，可用于调控系统的拓扑相变，是非厄米体系的显著优势。频率作为光的自由度，一直在光信息处理中扮演着重要角色。拓扑彩虹器件能够将不同频率的拓扑光子态分开并最终传播到结构的不同位置，在宽带信息处理中受到拓扑保护，具有抗干扰、缺陷免疫等特性，在厄米体系的光子晶体中已有多种实现方案。然而，由于非厄米系统的复杂性，基于非厄米光子晶体的拓扑彩虹器件仍未有相关报道，缺乏有效的实现方案。

        为解决上述问题，北京理工大学路翠翠教授课题组与北京大学胡小永教授和苏州大学杭志宏教授课题组等合作提出了一种有效方案，通过构造损耗渐变的光子晶体结构在非厄米体系中实现了拓扑彩虹器件，同时在实验上提出了一种调控损耗的有效方式，利用近场测量手段观察到了明显的拓扑彩虹现象。相关成果发表在Chinese Optics Letters 期刊的快速通道（Fast Track）2023年第21卷第12期，被选为Editor’s Pick。

        在该工作中，研究人员首先通过将两块平移量不同的光子晶体拼接并沿y方向加入渐变损耗的方式在拼接处产生拓扑光子态，接着利用损耗对拓扑边界态的频率的调控作用，使不同频率的光在空间上分开，产生拓扑彩虹现象。损耗在现实光学系统中普遍存在，但通常是人们希望避免的；这里将损耗作为一种新的自由度来调控结构的拓扑性质和光子态的频率实现拓扑分频器件，意味着 “变废为宝”。实验上通过包裹不同厚度的损耗材料海绵来控制损耗，提出了一种有效调控材料损耗的新方式，且具有操作简单和可重构的特点，为非厄米物理的研究提供了良好的平台。利用近场测量手段研究人员在7.725 GHz到8.355 GHz波段观察到了明显的拓扑彩虹现象，不同频率的光传播并最终停留在结构的不同位置，与理论结果非常吻合。该工作具有普适性，对任意波段、任意晶格类型都适用。此外，当损耗逐渐增大减小形成周期性变化时，将与平移量共同产生拓扑边界态。

        研究团队表示：“该工作为在非厄米体系中实现多频率拓扑光子器件奠定了基础，将极大地促进拓扑光子态在现实体系中的应用，尤其是在慢光、光缓冲和宽带光信息处理等方面。团队将进一步探索拓扑光子学的物理机制，设计结构体积小、性能优异、抗干扰性强的片上微纳尺度宽带信息处理器件。”

        作者简介

        路翠翠，北京理工大学教授、教育部青年长江学者，担任Optics Letters编辑、Chinese Optics Letters青年编委等。主要研究方向为拓扑光子学、微纳光子学等。

        胡小永，北京大学教授、教育部长江学者、国家科技创新领军人才。曾获2012年国家自然科学基金杰出青年项目。主要研究方向为拓扑光子学、微纳光子学、非线性光学等。

        杭志宏，苏州大学教授、物理科学与技术学院副院长、苏州大学高等研究院常务副院长。获得2017年江苏省优秀青年基金支持，主要从事波动功能材料研究。