近日，物理科学与技术学院王海啸副教授和苏州大学侯波教授课题组携手合作，利用kagome晶格光子晶体超原胞结构中丰富的角态现象，在全介质光子晶体平台中成功实现基于kagome晶格光子晶体零维彩虹陷光效应。相关成果于2022年3月15日以“Rainbow trapping based on higher-order topological corner modes”为题发表在光学杂志《Optics Letters》上，并被编辑标记为Editors’ Pick。王海啸副教授和侯波教授为本文共同通讯作者；广西师范大学硕士生梁力和苏州大学博士生周潇溪为本文共同第一作者。
彩虹陷光是在空间不同位置捕获不同频率的光，被应用在光路由，光存储等器件中。在大多数研究中，拓扑彩虹陷光的实现依赖于一维或二维界面，能否将不同频率的光限制在空间的任意某一点，成为拓扑彩虹陷光研究的一个开放性问题。为此，我院王海啸副教授将高阶拓扑概念引入拓扑陷光的研究中，成功地给出不依赖界面的零维拓扑陷光例子。所谓高阶拓扑，指的是突破传统拓扑绝缘体的体边对应原理，拓扑效应不仅表现为比体维度低一个维度以上的非平凡边界态。例如，二维二阶拓扑绝缘同时具有一维边界态及零维角态。高阶拓扑的概念的提出极大地扩展了人们对物质拓扑相的理解，在拓扑激光，拓扑光学微腔等光学器件中展现出强大的应用潜力。
在该项研究中，研究者利用拉伸和旋转两种不同方式证实kagome晶格光子晶体存在三个不同的高阶拓扑相。利用任意两种不同拓扑性质的kagome晶格组成三角形（六边形）超原胞，可在超原胞结构60°(120°)拐角处观测频率不同的高阶拓扑角态。利用这一性质，研究者巧妙的设计了一种多边形结构（如图1所示），在C1-C4的四个拐角上存在五种不同频率的角态，随着激发点源频率的增加，被激发的高阶角模式模式呈逆时针顺序，即 C4→C1→C2→C3→C4，从而实现零维拓扑彩虹陷光现象，这一理论预测随后被苏州大学研究者在全介质光子晶体实验平台上获得证实。
该项研究得到了国家自然科学基金项目的资助支持。
原文链接：https:/doi.org/10.1364/0L.451770
