La photonique topologique est un domaine émergent qui offre des opportunités sans précédent pour contrôler le flux de lumière dans les circuits intégrés photoniques. Avec l'introduction de phases topologiques non triviales, une rue à sens unique pour la lumière est réalisable dans les cristaux photoniques (PhC) et d'autres plates-formes. Comme une voie de circulation à sens unique étroitement réglementée, la lumière ne peut pas être réfléchie dans ces structures exotiques.

Cependant, un tel transport unidirectionnel de la lumière aux longueurs d'onde visibles et proches de l'infrarouge peut ne pas être robuste contre les défauts de fabrication importants en raison d'une protection topologique insuffisante. De plus, un mauvais confinement des modes et une bande passante limitée entravent le développement futur de circuits intégrés photoniques topologiques à haute densité.

Pour résoudre ces problèmes, dans une étude récente publiée dans ACS Photonics , Liu Tianji de l'Institut d'optique, de mécanique fine et de physique de Changchun (CIOMP) de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec Satoshi Iwamoto de l'Université de Tokyo et Yasutomo Ota de l'Université de Keio, a démontré numériquement l'agrandissement de 1 000 fois ci-dessus bandes interdites dans les PhC magnéto-optiques (MO) epsilon proches de zéro (ENZ) par rapport aux résultats précédemment rapportés.

Le MO-PhC bidimensionnel proposé est composé de prismes triangulaires MO avec un réseau en nid d'abeille intégré dans une plaque de silicium. Avec un champ magnétique appliqué, des propriétés topologiques non triviales sont conférées aux bandes interdites photoniques d'ouverture. En général, la taille de l'écart topologique est extrêmement petite aux longueurs d'onde visibles et proches de l'infrarouge, en raison des réponses très faibles des matériaux MO naturels.

Inversement, les réponses MO peuvent être améliorées en réduisant les éléments constants de permittivité diagonale des matériaux MO à l'aide de métamatériaux artificiels. Dans un cas extrême, les MO-PhC avec des éléments de permittivité diagonale ENZ conduisent à un grand élargissement de la taille des écarts topologiques.

Une rue à sens unique pour la lumière a été construite avec la combinaison de deux ENZ-MO-PhC avec la magnétisation opposée. Le transport immunitaire unidirectionnel et rétrodiffusé de la lumière a été obtenu numériquement à l'interface entre deux PhC. Et les performances de transport sont restées inchangées même avec des défauts de grande taille et des virages serrés. + Explorer plus loin

Recherche sur l'état topologique des cristaux photoniques au-delà de la limite de diffraction optique