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    Cuantificación directa de la protección topológica en estados de borde fotónico en longitudes de onda de telecomunicaciones

    a, Reproducción en 3D de la micrografía electrónica de barrido del VPC con una estructura trapezoidal (en forma de Ω) a lo largo de la pared del dominio, que comprende cuatro esquinas afiladas y las dos VPC de paridad invertida que se muestran en colores falsos. La extensión superior muestra el mapa de amplitud en espacio real bidimensional completo del estado del borde de propagación. B, Relación de energía hacia atrás / adelante calculada antes (ηR1) y después (ηR2) del defecto en forma de Ω en la pared del dominio VPC. El recuadro muestra cómo las energías de retropropagación antes y después del defecto en un VPC son casi indistinguibles en el rango de frecuencia. Comparando esto con las relaciones de energía hacia atrás / adelante para una guía de ondas W1 no optimizada en c, se permitió cuantificar la retrodispersión en una sola esquina para ser <0, 07%. Crédito:Sonakshi Arora, Thomas Bauer, René Barczyk, Ewold Verhagen y L. Kuipers

    Los cristales fotónicos (PhC) adaptados topológicamente han abierto la posibilidad de lograr un transporte unidireccional robusto de sistemas clásicos y cuánticos. La demanda de capacidades de guía sin precedentes que respalden el transporte sin obstáculos alrededor de imperfecciones y esquinas afiladas en longitudes de onda de telecomunicaciones. sin necesidad de optimización, es fundamental para la distribución eficiente de información a través de densas redes fotónicas en chip. Sin embargo, Las propiedades de transporte de las realizaciones experimentales de tales estados topológicamente no triviales se han inferido mediante mediciones de transmisión y, aunque la robustez se ha atestiguado en los regímenes lineales y no lineales, su cuantificación exacta sigue siendo un desafío.

    En un nuevo artículo publicado en Ciencias de la luz y aplicaciones , un equipo de investigadores dirigido por L. Kuipers de la Universidad Tecnológica de Delft y E. Verhagen de AMOLF, ambos en los Países Bajos, informa una rigurosa evaluación de la robustez de los estados propios de los bordes fotónicos en longitudes de onda de telecomunicaciones.

    Fabrican un cristal fotónico de valle (VPC) que consta de dos orificios triangulares equiláteros de diferentes tamaños por celda unitaria en una plataforma de silicio sobre aislante. La estructura de banda de una pared de dominio resultante de dos copias de paridad invertida de tal red de PhC contiene dos modos propios de estado de borde degenerados con una dispersión lineal. Dado que estos estados se encuentran por debajo de la línea de luz, no se acoplan a la radiación de campo lejano y, por lo tanto, presentan pérdidas radiativas insignificantes. Cada uno de estos estados de borde tiene un pseudo-giro único, resultando en una sola dirección en la que se propagan los estados ópticos. Una transmisión de banda ancha notablemente grande, como se esperaba de un estado de borde protegido topológicamente, fue medido. Al visualizar la función de onda espacial de los modos de borde con un microscopio óptico de campo cercano con resolución de fase, los investigadores midieron con una alta relación señal / fondo un diagrama de dispersión extraído experimentalmente. La técnica les permitió separar la luz que se propaga hacia adelante de las ondas que viajan hacia atrás con extrema sensibilidad y así realizar un "monitoreo local de la retrodispersión a lo largo de la pared del dominio".

    Los investigadores complementaron aún más su análisis cuantitativo midiendo las propiedades de un modo que se propaga a lo largo de una guía de ondas W1 PhC estándar topológicamente trivial.

    El equipo descubrió que "en marcado contraste con el modo de avance y retroceso de una VPC, los modos W1 muestran una pérdida significativa a través del defecto. Es más, el mapa de amplitud hacia atrás normalizado demuestra que las reflexiones dominantes ya ocurren en la primera esquina de 120 °. La energía del modo aquí se convierte en una onda reflejada hacia atrás y, además, experimenta una dispersión fuera del plano ". para obtener una imagen completa de la contribución de la retrodispersión, Los investigadores desarrollaron un modelo de matriz de transferencia que reveló sin ambigüedades que:

    "Un entramado de PhC protegido topológicamente reduce la retroreflexión alcanzable experimentalmente de las esquinas afiladas individuales en dos órdenes de magnitud en todo el rango de frecuencia del estado del borde, en comparación con una guía de ondas estándar W1 ".


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