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拓扑光子学在近十几年得到了普及的关注及钻研,尤其是在拓扑边界态的行使钻研上取得了主要的挺进,例如单向传输、拓扑激光等。除了边界态外,比来国内外许众课题组挑出在高阶
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拓扑光子学在近十几年得到了普及的关注及钻研,尤其是在拓扑边界态的行使钻研上取得了主要的挺进,例如单向传输、拓扑激光等。除了边界态外,比来国内外许众课题组挑出在高阶拓扑绝缘体中存在零维拓扑角态,并且已经在众栽系统中实现,包括二维的光子晶体组织。这栽零维的高阶拓扑态为设计具有高品质因子的拓扑光学微腔挑供了一个新的平台。拓扑光学微腔不光具有高品质因子、矮模式体积,而且其模式受拓扑珍惜,所以对它的钻研将会促进拓扑光学在腔量子电行力学、量子新闻处理及新式光学器件等方面的行使。

近日,中国科学院物理钻研所/北京凝结态物理国家钻研中央光物理重点实验室许秀来钻研员课题组,金奎娟钻研员以及王灿钻研员与北理工张向东教授,中科院半导体所牛智川钻研员、倪海桥钻研员配相符设计并制备了基于二阶拓扑角态的二维拓扑光子晶体微腔,始末与量子点集成,在二维拓扑光子晶体微腔中始次实现了矮阈值激光及其与量子点弱耦相符的Purcell效答。中科院物理所谢昕和北京理工大学张蔚暄为共同第一作者。

在二维光学系统中,Wannier类型的零维拓扑角态能够由非清淡的边界偶极子极化引入,它能够始末结相符两栽具有相通能带和分别拓扑相位的光子晶体实现。北京理工大学张蔚暄博士和张向东教授基于这栽Wannier类型的零维拓扑角态设计了一栽二维拓扑光子晶体微腔,并优化了这栽微腔的品质因子,如图1所示。这栽二维拓扑光子晶体微腔具有高品质因子和矮模式体积,能挑供很强的光奴役能力,能够大大挑高光与物质的相互作用,所以可用来钻研腔量子电行力学及实现矮阈值激光等光学器件。中科院物理所许秀来课题组及配相符者,在含有分别密度的InGaAs量子点样品上制备了分别参数的拓扑微腔,并钻研了它们的光学特性,如图2所示。在高点密度的样品上,他们不都雅测到了基于拓扑角态的矮阈值激光,如图3(a)(b)所示,阈值约为1μW,这比现在行使拓扑边界态实现的拓扑激光要幼三个数目级旁边。这栽拓扑激光的高性能来源于拓扑角态的高品质因子和矮模式体积,它将拓扑光学的行使缩短到纳米尺度,表清新这栽拓扑光子晶体微腔在拓扑纳米光学器件上的行使前景。另一方面,在矮点密度的样品上,始末调节温度使单个量子点与拓扑角态共振,不都雅测到了量子点荧光强度约4倍的添强,然后进一步测量了共振与非共振状态下量子点的荧光寿命,不都雅测到了共振状态下自愿辐射速率的添强,图片中心从而证实了单量子点与拓扑微腔弱耦相符的Purcell效答,如图3(c)(d)所示。这是始次行使拓扑微腔钻研腔量子电行力学,为之后拓扑量子光学界面的钻研打下了基础。同时原由这栽拓扑光子晶体微腔易于集成,它对异日拓扑光学在量子新闻处理及拓扑光学器件等周围的发展具有主要意义。有关效果别离发外在近期的Light: Science & Applications及Laser & Photonics Reviews杂志上。

该做事得到了国家自然科学基金(准许号:11934019, 11721404, 51761145104, 61675228, 和11874419),国家重点研发计划(准许号:2017YFA0303800 和2018YFA0306101),广东省重点研发项现在(准许号:2018B030329001),中科院B类先导专项(专项编号:XDB28000000),中科院科研仪器设备研制项现在(项现在编号:YJKYYQ20180036),中科院创新交叉团队的声援。

图1.(a)拓扑光子晶体微腔暗示图。(b)拓扑光子晶体的能带组织图。(c)零维拓扑角态的电场分布。(d)拓扑角态品质因子及频率随g(两栽光子晶体组织之间的距离,如插图所示)的转折。

图2.(a)共聚焦实验装配图。(b)分别位置的荧光光谱。(c)来自于分别g的微腔的光谱。(d)含有分别数目的弱点的微腔的荧光光谱。

图3.(a,b)拓扑激光。拓扑角态荧光强度(a)和线宽(b)随激发功率的转折。阈值约为1μW。(c,d)单个量子点与拓扑角态的弱耦相符。(c)分别温度下的荧光光谱。当量子点(QD)与腔共振时,荧光强度添强约4倍。(d)共振(红色)与非共振(暗色)状态下的荧光衰减弯线。共振时的衰减速率约为非共振时的1.3倍。

文章链接1、2

编辑:fengyao

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