波导和谐振器是电子学、光子学和声子学的核心组件，无论是在现有的还是未来的情况下。在某些情况下(空间或频率)，杏耀注册 ，两个分量之间会发生临界耦合，即入射波耦合进谐振腔后没有能量通过波导。这种现象所产生的传输光谱特性对信号滤波、开关、多路复用、传感等非常有利。然而，在现有机制下，由于实际中不可避免的后向散射，临界耦合的发生往往会导致输入通道的反射增加。这些反射会进一步在集成系统中引起信道内和信道间的串扰(噪声)，其累积往往会产生较大的性能下降，甚至导致系统功能的快速失效。与电子系统不同的是，尽管已经进行了大量值得注意的尝试，但迄今为止，无源集成光子或声子二极管还没有投入实际使用。因此，如何避免输入反射，特别是在光谱功能器件中，对集成光子或声子电路的进一步发展提出了挑战。

 

最近，南京大学的Yu和他的同事利用拓扑绝缘体(TI)原理设计了一种全新的波导谐振器，从根本上解决了上述“输入反射”问题。作为本世纪凝聚态物理学的主要成就，钛材料有望创造出未来的高性能电子和计算机，杏耀注册因为在钛边界处自旋±1 / 2的电子在高速公路上移动时具有无损单向导电。近年来，通过构建人工自旋±1 / 2，光子和声子TIs也被提出和创建，为在TI边界锁定自旋方向的光子和声子提供了革命性的波导。光子/声子在这些波导上的传输是无后向散射的缺陷，如制造缺陷或任意弯曲，没有任何损耗诱导它们的传输能量。

 

在这些理想波导之后，一个发人深省的应用驱动问题是光谱功能能否在其中实现。具体来说，它被问及是否有一个谐振器解决方案匹配这些钛波导。一种有效的方法是将钛波导本身包裹成闭合的环，在许多声学和光学场景中创造钛环谐振器，就像耳语走廊一样。南京大学的研究发现，与传统环形谐振器不同，TI环形谐振器不可避免地同时支持两种模式，即行波耳语走廊模式(WGMs)和分裂驻波模式(SWMs)。在TI谐振腔中，这两种模式分别支持不同的自旋量子数(±½和0)，因此需要满足不同的条件来实现与TI波导的临界耦合。

 

当TI-SWM谐振器耦合到波导,因为spin-less SWM(0)旋转可以转换与向前(旋转+½)和向后(自旋-½)在TI波导模式,即使整个系统只有一个初始状态的任意自旋(+½0或-½),最终,所有三个旋转(+½,0,-½)可以兴奋。因此，当发生关键耦合时，总是存在输入反射，杏耀游戏帐号这与传统场景类似。有利地,当TI-WGM谐振器耦合到波导,因为他们都支持相同的旋转±½锁与波方向,如果系统的初始状态只有一个旋转,然后再反思与自旋相反不能激动,甚至在关键的情况下耦合。后者的关键耦合是开会时特别有利,因为:1)反射和感应噪声完全消失而所需的传输光谱特征保留,2)谐振器内的入射能量必然完全没有退出的通道,导致一个极高的能源容量/密度。所有这些优点使TI波导谐振器的性能超过了所有传统的设计。

 

本研究为将拓扑绝缘子原理应用于实际器件的性能和功能提供了有力的支持。它为集成拓扑光子学和声子学开辟了一条道路，例如，在经典和量子领域的高级信号处理、传感、激光。