5 月 22 日消息，北京大學物理學院現代光學研究所 " 極端光學創(chuàng)新研究團隊 " 的王劍威研究員、胡小永教授、龔旗煌教授團隊與合作者近日提出并實現了一種基于大規(guī)模集成光學的完全可編程拓撲光子芯片。

研究人員通過在硅芯片上大規(guī)模集成可重構的光學微環(huán)腔陣列，首次實現了一種任意可編程的光學弗洛凱人造原子晶格，可獨立且精確調控每個人工原子及原子 - 原子間耦合（包括其隨機但可控的無序），進而在單一芯片上實現了包括動態(tài)拓撲相變、多晶格拓撲絕緣體、統(tǒng)計相關拓撲魯棒性、以及安德森拓撲絕緣體等一系列實驗研究。

該工作拓寬了拓撲光子學邊界，使其首次具備了強可重構與可編程性，為研究拓撲材料科學、發(fā)展拓撲光子技術提供了一種全新途徑。

相關研究成果今日（2024 年 5 月 22 日）以 " 可編程拓撲光子芯片 "（A programmable topological photonic chip）為題，發(fā)表于《自然?材料》（Nature Materials）期刊。

該拓撲芯片基于可重構的集成光學微環(huán)陣列，在 11mm × 7mm 的面積內單片集成了 2712 個元件，包括 96 個高品質因子微環(huán)陣列（品質因子均達到 105 以上）、300 個可任意獨立調控的光學相移器與干涉儀（消光比達到 50dB 以上）。

該芯片首次成功實現了完全可編程的光學人造原子晶格。通過調控該拓撲芯片，可以實現人造原子間躍遷強度、躍遷相位的任意獨立調控以及晶格勢壘的任意構造。

研究團隊對該拓撲芯片進行了快速實時的編程重構，實現了包括耦合強度和相位分別激發(fā)的弗洛凱拓撲絕緣體相變、統(tǒng)計性質相關的拓撲現象觀測（拓撲魯棒性和拓撲安德森相變的統(tǒng)計實驗證明）、以及實現多種不同晶格結構下的拓撲絕緣體（一維 SSH 拓撲絕緣體、一維非厄米弗洛凱晶體、以及二維方形和蜂窩狀晶格中的弗洛凱拓撲絕緣體）等不同功能。