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新闻中心 > 综合资讯 > 光学“龙卷风”的奥秘被揭开

光学“龙卷风”的奥秘被揭开

2025-03-12 13:53:11
人民网-教育频道
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奇点光学,研究的是光学领域的“龙卷风”。如何在不被干扰、不破坏“风眼”这一根本结构的前提下,有效地操纵并利用“龙卷风”,是光学领域科学家面对的一大难题。近日,清华大学深圳国际研究生院宋清华副教授、李勃研究员,清华大学材料学院周济院士联合国外科研人员组成的研究团队,在拓扑光学领域取得突破性进展,首次提出一种实动量拓扑光子晶体的概念,揭示了无序中稳定拓扑的形成机制,并实现了光子晶体的有效信息编码。

该研究为进一步探索光学领域提供了全新的研究视角,未来有望用于大容量光通信研究,以及光子芯片、显示器件、激光等领域。相关研究成果日前在线发表于《自然》。

“所谓‘奇点’,就像宇宙空间中的黑洞,或是龙卷风的风眼。”宋清华告诉记者,奇点具有非常强的稳定性,在光学概念中至关重要,“一些特殊光信息的传输和存储就靠这个稳定的奇点,没有奇点,就相当于龙卷风没有了风眼,这场龙卷风也就不复存在了。”

研究团队一直致力于利用超构表面或光子晶体产生奇点,并使其能够传输更多的信息。“但在传统设计中,在这个光学‘龙卷风’的涡旋里一旦掺入杂质,信息结构就会被破坏。”宋清华表示。

上述成果中,研究团队发现了一种特殊模式,这种拓扑共振模式对结构微扰具有免疫性,当结构发生微小变化时,由于奇点的拓扑保护作用,该共振模式不会受到影响,从而显著地提高了连续域束缚态奇点的稳定性。

团队主要成员秦昊烨介绍,以往研究往往致力于避免让“龙卷风”卷入杂质,这项创新性研究相当于实现了一种“神奇的涡旋”,“光学中的信息就好比龙卷风的涡旋卷入了许多树叶,而这些树叶并不会对其涡旋结构造成破坏,反而涡旋和树叶相互作用,进而增加了所传输的信息量”。

宋清华介绍,未来团队将持续探索,为拓扑光子学开辟更高维度的调控自由度,“这项成果有望应用于激光、高维量子态等领域,实现既能稳定传输、又含有高信息容量的激光通信”。 (记者邓晖)

(责编:李昉、李依环)


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