I cristalli fotonici topologicamente personalizzati (PhC) hanno aperto la possibilità di ottenere un robusto trasporto unidirezionale di sistemi classici e quantistici. La richiesta di capacità di guida senza precedenti che supportino il trasporto senza ostacoli attorno alle imperfezioni e agli angoli acuti alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni, senza la necessità di alcuna ottimizzazione, è fondamentale per una distribuzione efficiente delle informazioni attraverso fitte reti fotoniche su chip. Però, proprietà di trasporto di realizzazioni sperimentali di tali stati topologicamente non banali sono state dedotte da misure di trasmissione e anche se la robustezza è stata attestata nei regimi lineare e non lineare, la sua esatta quantificazione rimane difficile.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , un team di ricercatori guidato da L. Kuipers della Delft University of Technology e E. Verhagen dell'AMOLF entrambi nei Paesi Bassi, riporta una rigorosa valutazione della robustezza degli autostati di bordo fotonici alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni.

Fabbricano un cristallo fotonico a valle (VPC) che consiste in due fori triangolari equilateri di dimensioni diverse per cella unitaria su una piattaforma silicio su isolante. La struttura a bande di una parete di dominio risultante da due copie invertite di parità di un tale reticolo PhC contiene due automodi degenerati allo stato del bordo con una dispersione lineare. Poiché questi stati si trovano al di sotto della linea di luce, non si accoppiano alla radiazione in campo lontano e quindi presentano perdite radiative trascurabili. Ciascuno di questi stati limite ha uno pseudo-spin unico, risultando in un'unica direzione in cui si propagano gli stati ottici. Una trasmissione a banda larga notevolmente ampia, come previsto da uno stato edge topologicamente protetto, era misurato. Visualizzando la funzione d'onda spaziale delle modalità edge con un microscopio ottico a campo vicino a risoluzione di fase, i ricercatori hanno misurato con un elevato rapporto segnale-sfondo un diagramma di dispersione estratto sperimentalmente. La tecnica ha permesso loro di separare la luce che si propaga in avanti dalle onde che viaggiano all'indietro con estrema sensibilità e quindi eseguire "il monitoraggio locale della retrodiffusione lungo la parete del dominio".

I ricercatori hanno ulteriormente completato la loro analisi quantitativa misurando le proprietà di una modalità che si propaga lungo una guida d'onda standard W1 PhC topologicamente banale.

Il team ha scoperto che "In netto contrasto con la modalità avanti e indietro per un VPC, le modalità W1 mostrano una perdita significativa attraverso il difetto. Inoltre, la mappa dell'ampiezza all'indietro normalizzata dimostra che le riflessioni dominanti si verificano già al primo angolo di 120°. L'energia modale qui viene convertita in un'onda riflessa all'indietro e inoltre sperimenta la diffusione fuori dal piano". Inoltre, per ottenere un quadro completo del contributo di back-scattering, i ricercatori hanno sviluppato un modello a matrice di trasferimento che ha rivelato inequivocabilmente che:

"Un reticolo PhC topologicamente protetto riduce la retroriflessione ottenibile sperimentalmente dai singoli angoli acuti di due ordini di grandezza sull'intera gamma di frequenze dello stato del bordo, rispetto a una guida d'onda W1 standard."