研究探索拓扑光束

纳米光子光发射器是紧凑且多功能的设备，在应用物理学中具有广泛的应用。在现在发表在《科学进展》上的一份新报告中，Ki Young Lee 和中国和英国的物理与工程研究团队提议开发一种具有亚微米尺寸和高效率、具有自适应光束整形能力的拓扑光束发射器结构.

所提出的设备促进了一种非常理想和高效的微光发射器来检测各种应用，包括显示器、固态光检测、光学互连和电信。

光子拓扑现象

拓扑界面态对具有独特物理特性的环境干扰具有非常高的鲁棒性。由于光子拓扑现象在电信、数据处理和传感器应用方面的前景，许多数学和光子学研究人员对其进行了广泛研究。

在这项研究中，Lee 及其同事探索了与非厄米拓扑光子学相关的新型远场光学特性。他们展示了两个导模共振光栅的拓扑结超表面如何作为具有高量子效率和自适应光束整形能力的高效亚微米级光发射器。

在实验过程中，该团队使用了一个结点，该结点包含两个不同的导模谐振光栅，在没有孔径的情况下彼此直接相邻。在这样的结构中，连接处的泄漏Jackiw-Rebbi (JR) 状态;这对应于历史上重要的相对论模型——发出一束窄光束。该过程由腔-量子电动力学耦合和电磁漏斗效应驱动。该团队探索了拓扑光束发射的基本理论，并在研究期间进行了严格的数值分析。

Jackiw-Rebbi (JR) 状态的泄漏辐射

李等。探索了位于光子拓扑结超表面的泄漏 JR 状态，该结构保持高折射率薄膜。在特定条件下，JR 态的一级衍射导致光束向周围背景泄漏辐射，从而使泄漏辐射的特征能够在研究过程中被收集。

基于与泄漏 JR 状态相关的窄光束发射，该团队研究了拓扑结附近光源的发射特性。他们使用有限元方法计算了辐射方向图，显示出在光学远场中发射的窄光束。该团队接下来透露了设计合适结构的可能性，其中两个光栅区域将具有相同的狄拉克质量，以实现发射光束的理想对称性。

在这些实验中，各向同性光源的窄光束发射遵循 JR 态辐射泄漏的精确衍射特性。该团队还考虑了所提出的光束效应的外部来源，他们通过对实验装置进行修改来实现，包括降低折射率对比度和垂直耦合多层波导，以及其他修改。

自适应光束整形

光束整形的概念对于光源的许多一般应用很重要。所描述的拓扑光束效应提供了直接从源调节光束形状的可能性。科学家们描述了生成预期光束轮廓所需的狄拉克质量分布。

例如，要生成平顶光束，可以扩展零狄拉克质量区域——跨越所需的宽度，并围绕器件的结点。因此，导模共振狄拉克质量调节的结果可以有效地促进光束整形应用。

外表

通过这种方式，Ki Young Lee 及其同事提出了一种用于高效光束发射的拓扑结超表面。他们模拟了结处 Jackiw-Rabbi 漏态的特征场分布，通过将腔量子电动力学与电磁漏斗效应相结合，实现了内部发射器的高效光束发射。

所提出的架构对于创建高效的微光发射器以实现强定位、高量子效率和自适应光束整形能力具有重要意义。这些特性对于许多应用都很重要，包括显示像素的开发、激光加工和电信应用。原则上，由于它们作为时间反演发射器的范围，所提出的设备也能够作为高效的光学检测器。科学家们建议进一步优化研究结果，以开发新的光学效应和伴随的设备应用，以超越任何现有的技术限制。

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