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更新時(shí)間:2026-04-24
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對(duì)稱性的破缺與強(qiáng)化是設(shè)計(jì)拓?fù)漪敯粜圆牧系年P(guān)鍵要素。在電子和微波系統(tǒng)中,磁場(chǎng)可打破時(shí)間反演對(duì)稱性,從而構(gòu)建陳絕緣體。相比之下,在光學(xué)頻率下,天然材料無(wú)法對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生響應(yīng),這對(duì)拓?fù)湓鰪?qiáng)型器件的規(guī)模化應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)。
近日,英國(guó) 巴斯大學(xué)Nathan Roberts, Peter J. Mosley,Anton Souslov等在Nature Photonics上發(fā)文,研究利用摻鍺多芯光纖的天然幾何結(jié)構(gòu),通過(guò)在制備過(guò)程中扭轉(zhuǎn)光纖,構(gòu)建了可擴(kuò)展的光子陳絕緣體。
光纖內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)打破了等效時(shí)間反演對(duì)稱性,并誘導(dǎo)產(chǎn)生贗磁場(chǎng)——這一現(xiàn)象通過(guò)光子朗道能級(jí)得以實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。這種扭轉(zhuǎn)光纖,會(huì)通過(guò)有效折射率的拋物型分布,引入競(jìng)爭(zhēng)性的拓?fù)淦茐男?yīng)。
通過(guò)仿真指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì),還發(fā)現(xiàn)了"黃金區(qū)域Goldilocks"參數(shù)區(qū)間:在該區(qū)間內(nèi)實(shí)空間陳數(shù)得以存續(xù),從而保證了適用于任何對(duì)稱類別的制備無(wú)序,都具有拓?fù)浔Wo(hù)。

圖1:扭轉(zhuǎn)光纖概述

圖2:拓?fù)涔饫w中,強(qiáng)度邊緣局域化

圖3:光纖拓?fù)湫再|(zhì)的數(shù)值表征

圖4:拓?fù)湫再|(zhì)

圖5:拓?fù)涔饫w中,針對(duì)無(wú)序的拓?fù)浔Wo(hù)
實(shí)驗(yàn)采用“堆疊-拉制"法,在純石英包層中排布多個(gè)高摻鍺芯子,形成蜂窩狀晶格。拉絲過(guò)程中旋轉(zhuǎn)預(yù)制棒,使光纖凍結(jié)恒定的扭轉(zhuǎn)率。在隨動(dòng)坐標(biāo)系中,等效于引入了矢量勢(shì),即人造磁場(chǎng),從而打開(kāi)了拓?fù)鋷丁@霉饫w的天然幾何特性,實(shí)現(xiàn)了可規(guī)模化的光子陳絕緣體,在光纖中實(shí)現(xiàn)有效時(shí)間反演對(duì)稱性破缺與贗磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(而非材料本身屬性)可以賦予經(jīng)典波體系以非平庸的拓?fù)漪敯粜浴?/p>
參考文獻(xiàn): 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)
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