Cristalli fotonici a valle a doppia polarizzazione. (a) Struttura del cristallo fotonico della valle, (b) Struttura della banda di massa e campi propri dei modi di massa rappresentativi nel punto K. (c) Rifrazione dipendente dalla polarizzazione dei modi edge. Credito:Science China Press
L'introduzione della topologia nei sistemi fotonici ha attirato una notevole attenzione non solo per l'elaborato modellamento della luce, ma anche per le sue applicazioni pratiche in nuovi dispositivi fotonici. In origine, l'effetto Hall quantistico della luce era realizzato nei cristalli fotonici (PC) introducendo campi elettrici o magnetici esterni per rompere la simmetria di inversione temporale (TRS).
Invece di rompere il TRS, l'effetto quantistico di spin-Hall della luce è stato ottenuto in sistemi conservati con TRS in cui è possibile costruire pseudospin fotonici. Recentemente, l'effetto della luce di Valley Hall è stato realizzato introducendo il grado di libertà della valle binaria (DoF) nei sistemi fotonici. Una delle caratteristiche vitali dell'effetto Hall della valle è il gap di banda fotonico non banale, caratterizzato dal numero Chern della valle diverso da zero.
Inoltre, le modalità edge dipendenti dalla valle sono supportate sul muro del dominio che consiste in due PC con numeri Chern di valle opposta. L'effetto della luce di Valley Hall è comunemente realizzato in un PC a reticolo triangolare con simmetria speculare rotta o in un PC a reticolo a nido d'ape con simmetria di inversione spaziale rotta ed è compatibile con la tecnica di fabbricazione nanofotonica esistente.
Per questi vantaggi, i PC Valley hanno ricevuto un'attenzione significativa nella fotonica integrata e sono promettenti in applicazioni tra cui guide d'onda, divisori di raggio, risonatori ad anello, ecc. D'altra parte, come uno dei DoF della luce, la polarizzazione è stata ampiamente applicata nel multiplexing fotonico dispositivi. L'esplorazione dell'effetto Valley Hall dipendente dalla polarizzazione, che introduce un DoF convenzionale di luce nei PC topologici, amplierà ulteriormente l'ambito di applicazione nella fotonica topologica.
Recentemente, Xiao-Dong Chen, Jian-Wen Dong et al. della Sun Yat-sen University ha proposto l'effetto Hall della luce della valle di polarizzazione in un PC a reticolo triangolare 2D. I risultati della ricerca sono stati intitolati "Dual-polarization two-dimensional valley photonic crystals" e pubblicati su Science China Physics, Mechanics &Astronomy .
La degenerazione accidentale delle frequenze dei coni di Dirac con polarizzazioni TE e TM, ovvero i coni di Dirac a doppia polarizzazione accidentale, si realizza modificando il rapporto di riempimento delle barre metalliche sullo sfondo del dielettrico. I numeri di Chern della valle dipendenti dalla polarizzazione sono confermati analizzando la distribuzione di fase del vortice degli autocampi e calcolando la curvatura di Berry nello spazio della quantità di moto.
Le lacune di banda polarizzate TE e TM risultanti con i numeri Chern della valle opposta portano all'effetto Hall della luce della valle di polarizzazione. Viene dimostrato un fenomeno chiave dell'effetto Hall di polarizzazione della luce, ovvero la rifrazione dipendente dalla polarizzazione delle modalità di massa nel mezzo omogeneo. Tale caratteristica dipendente dalla polarizzazione è utile nel multiplexing di dispositivi fotonici, ad es. i divisori di fascio di polarizzazione.
A parte i fenomeni dipendenti dalla polarizzazione, viene presentato anche il trasporto di valle topologico indipendente dalla polarizzazione, che soddisfa il desiderio di aumentare la capacità di informazione nell'interconnessione ottica introducendo la polarizzazione DoF.
È interessante notare che i risultati presentati sono generali perché il requisito chiave è trovare due gap di banda fotonici di valle dipendenti dalla polarizzazione che condividono lo stesso intervallo di frequenza. Inoltre, l'introduzione della polarizzazione in altre fasi topologiche può portare a fruttuosi fenomeni intriganti, inclusi stati d'angolo topologici di ordine superiore dipendenti dalla polarizzazione, ecc.
Questo lavoro ha proposto un approccio per applicare la polarizzazione DoF nei PC 2D Valley Hall. L'introduzione della polarizzazione DoF nella fotonica topologica ha arricchito la manipolazione del campo luminoso e ha offerto un potenziale applicativo più profondo per la fotonica topologica. + Esplora ulteriormente
