Les cristaux photoniques topologiquement adaptés (PhC) ont ouvert la possibilité d'atteindre un transport unidirectionnel robuste des systèmes classiques et quantiques. La demande de capacités de guidage sans précédent qui prennent en charge le transport sans entrave autour des imperfections et des angles vifs aux longueurs d'onde des télécommunications, sans besoin d'optimisation, est fondamental pour une distribution efficace de l'information à travers des réseaux photoniques denses sur puce. Cependant, les propriétés de transport des réalisations expérimentales de tels états topologiquement non triviaux ont été déduites par des mesures de transmission et même si la robustesse a été attestée dans les régimes linéaires et non linéaires, sa quantification exacte reste difficile.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , une équipe de chercheurs dirigée par L. Kuipers de l'Université de technologie de Delft et E. Verhagen de l'AMOLF, tous deux aux Pays-Bas, rapporte une évaluation rigoureuse de la robustesse des états propres de bord photonique aux longueurs d'onde des télécommunications.

Ils fabriquent un cristal photonique de vallée (VPC) qui se compose de deux trous triangulaires équilatéraux de tailles différentes par cellule unitaire sur une plate-forme de silicium sur isolant. La structure de bande d'une paroi de domaine résultant de deux copies à parité inversée d'un tel réseau PhC contient deux modes propres dégénérés à l'état de bord avec une dispersion linéaire. Étant donné que ces états se situent en dessous de la ligne de lumière, ils ne se couplent pas au rayonnement en champ lointain et présentent ainsi des pertes radiatives négligeables. Chacun de ces états de bord a un pseudo-spin unique, résultant en une seule direction dans laquelle les états optiques se propagent. Une transmission à large bande remarquablement grande, comme attendu d'un état de bord topologiquement protégé, a été mesuré. En visualisant la fonction d'onde spatiale des modes de bord avec un microscope optique à champ proche à résolution de phase, les chercheurs ont mesuré avec un rapport signal/arrière-plan élevé un diagramme de dispersion extrait expérimentalement. La technique leur a permis de séparer la lumière se propageant vers l'avant des ondes progressives vers l'arrière avec une extrême sensibilité et ainsi d'effectuer une "surveillance locale de la rétrodiffusion le long de la paroi du domaine".

Les chercheurs ont complété leur analyse quantitative en mesurant les propriétés d'un mode se propageant le long d'un guide d'ondes W1 PhC standard topologiquement trivial.

L'équipe a constaté que « contrairement au mode avant et arrière d'un VPC, les modes W1 montrent une perte significative à travers le défaut. De plus, la carte d'amplitude arrière normalisée démontre que les réflexions dominantes se produisent déjà au premier coin à 120°. L'énergie du mode est ici convertie en une onde rétro-réfléchie et subit en outre une diffusion hors du plan". pour obtenir une image complète de la contribution de la rétrodiffusion, les chercheurs ont développé un modèle de matrice de transfert qui a révélé sans ambiguïté que :

"Un réseau PhC protégé topologiquement réduit la rétro-réflexion réalisable expérimentalement à partir d'angles aigus individuels de deux ordres de grandeur sur toute la gamme de fréquences de l'état de bord, par rapport à un guide d'ondes W1 standard."