南开大学研究团队在非线性拓扑光子学领域再获重要进展

科技日报记者 陈曦 通讯员 宋道红 乔仁铭

日前，南开大学物理学院/泰达应用物理研究院陈志刚、许京军教授领导的课题组与克罗地亚萨格勒布大学、加拿大国立科学研究院的课题组合作研究，发现了弱非线性条件下高阶拓扑角态与拓扑边界态之间的相互转化以及强非线性作用下拓扑角态到空间孤子的演化。

该研究不仅启发了人们对高阶拓扑物理中非线性效应的认识，也为利用高阶拓扑态实现新型拓扑光腔带来前景。研究成果近期在线发表在国际顶尖期刊《光：科学与应用》上。

非线性调控连续谱中的高阶拓扑态。a-b分别为强非线性和弱非线性调控下的示意图；c-e分别为线性拓扑角态模式、弱自聚焦和强自聚焦非线性条件下的实验结果（受访者供图）

近年来，拓扑绝缘体的研究打破了人们对于传统体-边对应原理的认知，发现了一种不同于传统拓扑相的新型拓扑绝缘体-高阶拓扑绝缘体(HOTI)。此外，连续谱中的束缚态（BIC）也一直是研究者们关注的前沿课题。

那么，高阶拓扑态和连续谱中的束缚态是否有关系？非线性与该类拓扑结构的相互作用又具有怎样的动力学过程？这些问题的探索对基础物理概念的理解和开发新颖光子学器件都有重要意义。

课题组首次从实验和理论上研究了一种具有特殊对称性的拓扑晶格，展示了高阶拓扑绝缘体(HOTI)与束缚态（BIC）的有机结合以及非线性对属于非带隙束缚态的高阶拓扑态的有效调控。发现了弱非线性条件下高阶拓扑角态与拓扑边界态之间的相互转化以及强非线性作用下拓扑角态到空间孤子的演化。

据悉，该课题组近两年在非线性拓扑光子学前沿领域的研究取得了一系列重要进展，相关工作相继发表在《科学》《光：科学与应用》《物理评论快报》等顶尖学术期刊上。