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May 06, 2023

Révolutionner le contrôle optique avec topologi

Les chercheurs exploitent la robustesse de la périphérie topologique

Les chercheurs exploitent la robustesse des états de bord topologiques pour manipuler le transport de la lumière et révolutionner le contrôle optique en nanophotonique

SPIE - Société internationale d'optique et de photonique

image : Manipulation des états de bord topologiques pour un commutateur de canal optique.Voir plus

Crédit : Bing-Cong Xu.

La nanophotonique et la topologie ont suscité un intérêt considérable en raison des propriétés uniques qu'elles offrent. Un domaine d'intérêt est l'étude des états de bord topologiques (TES). Ces états ont retenu l'attention car ils sont très résistants aux erreurs et aux imperfections. Issus de phases topologiquement non triviales, les TES fournissent une boîte à outils puissante pour la conception architecturale de circuits intégrés photoniques. Le transport TES a conduit à la découverte de divers effets et applications optiques intrigants, notamment des coupleurs directionnels, des guides d'ondes unidirectionnels, des guides d'ondes à verrouillage de mode et la propagation de pseudospin dans des réseaux de résonateurs en anneau.

Les scientifiques ont récemment élargi leurs efforts pour manipuler les TES en explorant des techniques telles que la modulation adiabatique, les effets non linéaires et le tressage complexe. Les systèmes optiques ont démontré une gamme de phénomènes intrigants, tels que le transport topologique de bord à bord et la localisation accordable des états topologiques. Ces phénomènes recèlent un immense potentiel pour le développement de technologies et d'applications de pointe, notamment le routage de l'énergie et de l'information, la photonique non linéaire et l'informatique quantique.

Alors que les méthodes actuelles se concentrent sur la manipulation des TES, elles n'ont pas encore accordé beaucoup d'attention à l'amélioration de l'interaction entre les TES. En améliorant le couplage entre les TES, les chercheurs peuvent permettre l'échange d'énergie lumineuse entre différentes parties d'un réseau topologique, ce qui peut aider à contrôler le transport des TES de manière plus flexible.

Un groupe de chercheurs du Laboratoire national d'optoélectronique de Wuhan (WNLO) et de l'École d'information optique et électronique (OEI) de l'Université des sciences et technologies de Huazhong (HUST) en Chine a récemment fait une percée significative. Comme indiqué dans Advanced Photonics, ils ont développé une approche innovante pour manipuler efficacement le transport TES pour un commutateur de canal optique sur une puce silicium sur isolant (SOI). Leur étude s'est concentrée sur la conversion de canal bord à bord dans un réseau de guides d'ondes à quatre niveaux à l'aide du modèle Landau-Zener (LZ). En exploitant l'effet de taille finie dans un réseau optique à deux cellules unitaires, ils ont établi une méthode alternative, efficace et dynamique pour moduler et contrôler le transport des modes topologiques.

Le réseau de guides d'ondes qu'ils ont utilisé est similaire à un matériau 2D appelé isolant de Chern, qui est connu pour avoir des TES. Lorsque le nombre de cellules unitaires diminue, les TES évoluent selon le modèle LZ. En appliquant le principe d'évolution monobande LZ, les chercheurs ont pu contrôler dynamiquement les TES et obtenir une conversion de canal presque parfaite.

Les dispositifs nanophotoniques topologiques LZ ont le potentiel d'être utilisés dans diverses autres applications. Ils peuvent être utilisés comme interrupteurs qui fonctionnent à des longueurs d'onde spécifiques de la lumière. En incorporant la dynamique LZ dans différents systèmes, il peut être possible de créer des conversions de canaux chiraux. Ce concept peut également être étendu à des réseaux de guides d'ondes plus complexes, permettant des dispositifs encore plus avancés.

Les chercheurs ont découvert que ces dispositifs optiques LZ topologiques sont assez robustes, ce qui signifie qu'ils peuvent bien fonctionner même lorsque certains paramètres sont modifiés. Cela ouvre des opportunités pour développer des dispositifs pratiques tels que des commutateurs optiques pour acheminer des réseaux sur des puces informatiques ou des dispositifs capables de combiner ou de séparer plusieurs signaux dans un guide d'ondes.

Lire l'article Gold Open Access de B.-C. Xu, B.-Y Xie, L.-H. Xu, et al., "Circuits nanophotoniques topologiques Landau-Zener", Adv. Photon.5(3), 036005 (2023), deux 10.1117/1.AP.5.3.036005.

Photonique avancée

10.1117/1.AP.5.3.036005

Circuits nanophotoniques topologiques Landau – Zener

1-juin-2023

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