光場調(diào)控是通過光場與物質(zhì)相互作用物理過程的精密控制，獲得特定多維度的新型光場分布。光子晶體作為典型的超構(gòu)材料（一種人工非均勻亞波長光學結(jié)構(gòu)），由于其強大的光子人工帶隙調(diào)節(jié)能力，是微納光場調(diào)控物理與應(yīng)用研究的重要體系，在微腔等集成光子器件的設(shè)計方面具有獨特的優(yōu)勢。但是，超構(gòu)材料多自由度而導(dǎo)致的光場調(diào)控現(xiàn)象缺乏簡單有效的物理原理來描述，制約了光子晶體微腔等集成光子器件的發(fā)展。

我校物理學院、光電材料與技術(shù)國家重點實驗室超構(gòu)材料光學研究團隊圍繞微納光場調(diào)控基礎(chǔ)物理和應(yīng)用的科學問題，以微納拓撲光子學為方向，取得了系列研究成果，發(fā)展了多維度關(guān)聯(lián)調(diào)控新原理以及光學微腔設(shè)計新方法，對推動下一代光子和量子信息傳輸處理技術(shù)具有重要的積極作用。近期，團隊負責人董建文教授榮獲2020年教育部青年科學獎（全國8名）。

針對拓撲光場局域調(diào)控技術(shù)，我校超構(gòu)材料光學研究團隊實現(xiàn)了具有二階拓撲相的硅基光子晶體平板及其拓撲角態(tài)微腔，相關(guān)成果以“In-plane excitation of a topological nanophotonic corner state at telecom wavelengths in a cross-coupled cavity”為題發(fā)表在物理學一區(qū)中國期刊Photonics Research上。首先，理論上定義了一個物理量定量地描述了平板體系的二維扎克相，預(yù)言了硅基平板(SOI)上拓撲角態(tài)的存在，并巧妙地將局域態(tài)密度、空間傅里葉譜等分析方法引入拓撲角態(tài)光場局域特性研究當中；進一步，引入交叉耦合腔設(shè)計，在面內(nèi)實現(xiàn)了對拓撲角態(tài)的有效激發(fā)，從而在光通訊波段觀測到了角態(tài)的面外輻射模場，實現(xiàn)了與硅光集成器件兼容的SOI拓撲角態(tài)微腔；最后，結(jié)合耦合模式理論，深入分析了基于拓撲角態(tài)微腔的光學性能。該工作由中山大學獨立完成（唯一署名單位），何辛濤博士和博士生李夢鈺為第一作者，董建文教授為通訊作者。

圖1 SOI拓撲角態(tài)交叉耦合微腔

多年來，該團隊在微納拓撲光子學領(lǐng)域有著長期積累，研究成果得到廣泛關(guān)注和報道。近期，何辛濤博士合作發(fā)表的拓撲光量子芯片工作，入選PRL Editors' suggestion，并接受Phys.org采訪以Feature stories形式進行報道。此外，何辛濤博士合作撰寫了題為“Valley photonic crystals”的英文綜述[Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021)]，董建文教授和陳曉東副教授為共同通訊作者。

以上微納拓撲光子學系列成果依托光電材料與技術(shù)國家重點實驗室和物理學院等平臺，得到了國家自然科學基金委重點項目、科技部國家重點研發(fā)計劃“光電子與微電子器件及集成”重點專項、廣東省自然科學基金、廣州市科技計劃、中山大學高校基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)等項目的大力支持。

論文鏈接：

[1] He, et. al., Photonics Research 9, 1423 (2021). https://www.osapublishing.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-9-8-1423&id=453141

[2] Liu, et. al., Advances in Physics: X 6, 1905546 (2021). https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/23746149.2021.1905546

[3] Phys.org報道：https://phys.org/news/2021-07-topologically-valley-dependent-quantum-photonic-chips.html