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南开大学研究团队在非线性拓扑光子学领域再获重要进展

大学作者：南开大学 2021-09-17 12:57:29

人们对自然界中物质相和物态调控的研究是不断深入的。近年来，拓扑绝缘体的研究打破了人们对于传统体-边对应原理的认知，发现了一种不同于传统拓扑相的新型拓扑绝缘体-高阶拓扑绝缘体(HOTI)。此外，连续谱中的束缚态（BIC）也一直是研究者们关注的前沿课题。

那么，很自然的问题是，高阶拓扑态和连续谱中的束缚态是否有关系？非线性与该类拓扑结构的相互作用又具有怎样的动力学过程？这些问题的探索对基础物理概念的理解和开发新颖光子学器件都有重要意义。

南开大学物理学院/泰达应用物理研究院陈志刚、许京军教授领导的课题组与克罗地亚萨格勒布大学、加拿大国立科学研究院的课题组合作研究，首次从实验和理论上研究了一种具有特殊对称性的拓扑晶格，展示了HOTI与BIC的有机结合以及非线性对属于非带隙束缚态的高阶拓扑态的有效调控。发现了弱非线性条件下高阶拓扑角态与拓扑边界态之间的相互转化以及强非线性作用下拓扑角态到空间孤子的演化。

该工作不仅启发了人们对高阶拓扑物理中非线性效应的认识，也为利用高阶拓扑态实现新型拓扑光腔带来前景。研究成果近期以"Nonlinear control of photonic higher-order topological bound states in the continuum"为题在线发表在国际顶尖期刊Light: Science & Applications上。

图为非线性调控连续谱中的高阶拓扑态。

a-b分别为强非线性和弱非线性调控下的示意图；c-e分别为线性拓扑角态模式、弱自聚焦和强自聚焦非线性条件下的实验结果。

南开大学为第一完成单位，南开大学博士生胡志婵、南开大学/加拿大国立科学研究院的博士后D.Bongiovanni为共同第一作者。南开大学讲席教授陈志刚、南开大学特聘教授/克罗地亚萨格勒布大学教授H.Buljan为共同通讯作者。合作者还包括南开大学教授宋道红和加拿大国立科学研究院教授R.Morandotti等。相关工作得到了国家科技部重点研发计划项目、国家自然科学基金委项目的资助。

据悉，该课题组近两年在非线性拓扑光子学前沿领域的研究取得了一系列重要进展，相关工作相继发表在《Science》《Light:Science & Applications》《Physical Review Letters》等顶尖学术期刊上。

论文链接：https://rdcu.be/ctLzL

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