#未来的光通信可以怎么实现# 【可用于片上光通信，上交团队联合发现“能谷边界态”新特性】

当前，人们对光#电子芯片# 的效率和功耗越来越关注。如何突破传统光学框架的束缚，更有效地提高集成光电子领域中光传输的容量、效率以及集成度，一直是光学研究者思考的问题。

2008 年，拓扑#光子学# 的出现，为实现高度集成、抗散射传输的光子系统，提供了一个思路。拓扑光子系统可以实现大角度转弯光传输，且对工艺制备误差引起的缺陷和无序免疫等特点而被广泛地研究。

按照工作原理分类，二维拓扑光学系统可以大致被分为三类：

其一，具有打破时间反演对称性的光子拓扑绝缘体，这一类以光学类#量子# 霍尔系统为代表；
其二，通过改变电磁场的内部对称性或结构的空间对称性，且保留时间对称性的拓扑绝缘体，以光学类量子自旋霍尔系统和光学类量子能谷霍尔系统为代表；
其三，在时间和/或空间上被周期性调制的 Floquet 拓扑绝缘体。

在这其中，由于具备易在片上实现、损耗小等优势，量子能谷霍尔拓扑绝缘体逐渐成为最有应用前景的拓扑光子平台之一。

为了更容易实现拓扑非平庸态的光学系统，减少其对材料、工艺或者外在条件的要求，实现多样的光场调控，学界开始对能谷光子晶体进行片上实现与研究。

近日，#上海交通大学# 电子信息与电气工程学院苏翼凯教授、#中山大学# 物理学院董建文教授、以及上海交通大学物理与天文学院袁璐琦副教授，合作发现了能谷边界态的一个新特性：高移相效率。

在相同的传播长度下，基于能谷光子晶体结构产生的相位涡旋，研究团队在波长为 1550nm 处，发现拓扑模式的光程大约为传统直波导中模式的光程的两倍。

后来，通过理论计算与仿真，他们发现在波长为 1550nm 时，且硅的折射率变化相同的情况下，能谷边界态的 π 相位变化是传统波导的 1.46 倍。

基于拓扑波导的高移相效率与对急转弯鲁棒等特性，课题组设计了一种超紧凑的 1×2 拓扑热光开关，并对拓扑开关进行片上通信的高速数据传输实验。

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