[发明专利]一种基于拓扑角态的高品质二次谐波增强器

说明书

本发明公开了一种基于拓扑角态的高品质二次谐波增强器，拓扑角态由于其高度的局域性和鲁棒性而受到广泛关注，光子晶体中，在Armchair型和Broken‑zigzag型两种边界的相交处可获得高Q因子的拓扑角态。利用拓扑角态对二次谐波进行增强，因其高度局域性二次谐波高度局域在角处，因此，二次谐波显著增强并表现出定向辐射，更重要的是，增强后的二次谐波对缺陷具有鲁棒性。

技术领域

本发明涉及新型全介质光子晶体技术领域，尤其涉及一种基于拓扑角态的高 品质二次谐波增强器。

背景技术

起源于凝聚态物理的拓扑态在光子学中得到了广泛的应用，因为它们可以为 光学工程提供新颖的方法，具有拓扑保护特性，如抗后向散射和抑制散射损耗。 最近，高阶拓扑绝缘体被开发出来，打破了传统的体边对应关系。已经证明，高 阶拓扑绝缘体可支持比系统本身低两个或更多维度的拓扑态。比如，二维高阶拓 扑绝缘体可以支持零维拓扑角态，其具有极高的Q因子，因此能够在角落处捕 获小体积的光。拓扑角态具有对缺陷的鲁棒性，在纳米激光等领域具有广阔的应 用前景。

同时，拓扑光子学与非线性光学效应相结合，揭示了凝聚态物理中少有的的 许多有趣的现象和功能。非线性拓扑光子学的新兴领域可分为两个主要方面：拓 扑态对非线性的影响和非线性对拓扑态的影响。一方面，非线性会使拓扑平庸态 变为非平庸态，从而产生拓扑保护模式。另一方面，拓扑态具有无散射、低损耗 和高度局域化的特点，为研究非线性光学提供了捷径。拓扑光子学中的非线性响 应为实现诸如非线性、非互易性和频率转换等高级功能开辟了一条途径。我们观 察到，通过拓扑边界态可对非线性光进行增强，并且显示出对各种扰动的鲁棒性 以及可控的单向激发。最近，全介质光子谷霍尔效应被设计用来实现可调谐和双 向相位匹配的二次谐波产生。显然，由于拓扑态的独特特性，这些结果证明了拓 扑光子学在非线性光子产生方面的优越性。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于拓扑角态的高品质 二次谐波增强器，通过拓扑角态的高度局域性以及鲁棒性对二次谐波进行加强， 并且通过光子晶体将其定向辐射出来，通过对二次谐波场强进行傅里叶变换得出 二次谐波的辐射方向是垂直于光子晶体的表面的。并且对光子晶体引入一些缺陷 证明拓扑角态对于缺陷的鲁棒性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于拓扑角态的高品质二次谐波增强器，构建光子晶体，利用光子晶体 晶格的对称性构造赝自旋，通过晶格收缩和扩张激发拓扑角态实现拓扑相变，利 用激发后的拓扑角态对二次谐波进行局域增强，并对增强后的二次谐波进行定向 辐射。

所述的光子晶体是采用全介质材料构建的，当光子晶体晶格中的介质柱向内 收缩时，光子晶体为拓扑平庸状态；当光子晶体晶格中的介质柱向外收缩时，光 子晶体为拓扑非平庸态，把拓扑平庸状态和拓扑非平庸状态的晶格有序排列得到 光子晶体。

在所述光子晶体中拓扑平庸状态和拓扑非平庸状态的晶格之间构造 Armchair型边界和Broken-zigzag型边界，在Armchair型边界和Broken-zigzag 型边界组成的十字形结构中心处激发一个高Q因子的拓扑角态，通过拓扑角态 的高度局域性增强二次谐波并使其定向辐射出。

通过对二次谐波场强进行傅里叶变换得出二次谐波的辐射方向是垂直于光 子晶体的表面的。

本发明的优点是：本发明在光子晶体中拓扑平庸和拓扑非平庸的晶格之间构 造Armchair型和Broken-zigzag型边界，通过两种边界的相交，在相交点可获 得一个Q因子高达1.65×10⁸的拓扑角态；利用拓扑角态的局域性对二次谐波进 行增强，可以提高产生二次谐波的强度，并且将二次谐波定向辐射出，方便二次 谐波的后续使用，并且通过引入一些缺陷验证拓扑角态对于缺陷的鲁棒性。

附图说明

图1是光子晶体结构示意图。(图1(a)为整个光子晶体的结构图，图1(b)为组 成光子晶体的每个晶格结构图)