北大科研團隊《自然》發表成果 有望推動光子芯片技術發展

彭超等人從拓撲荷操控出發，在光子晶體平板中實現了單向輻射的特殊諧振態，即單側輻射導模共振（unidirectional guided-resonance,UGR）態，在一維光子晶體中通過傾斜側壁同時破缺結構垂直對稱性和面內對稱性，使體系中連續區束縛態所攜帶的整數拓撲荷分裂為一對半整數拓撲荷，並在平板上、下兩側表面產生大小不等的輻射。

此時，維持對稱性破缺，通過調控參數將一側表面的成對半整數拓撲荷重新合併成整數拓撲荷，形成不依賴鏡面僅朝一個表面輻射能量的UGR態。
聯合課題組利用自主發展的傾斜刻蝕工藝制備樣品，實驗上觀測到非對稱輻射比高達27.7dB；這就意味著超過99.8%的光子能量朝一側定向輻射，較傳統設計提高了1～2個數量級，從而有力證明瞭單向輻射導模共振態的有效性和優越性。

相關研究成果以《拓撲保護的單嚮導模共振態觀測》（Observation of topologically enabled unidirectional guided resonances）為題，2020年4月22日在線發表於《自然》（Nature，第580卷第467～471頁）；電子學系2015級博士研究生尹雪帆為第一作者，彭超為通訊作者。