拓扑谷光子晶体因具有可锁定动量空间特定手性的布洛赫模及绕过120°转角时产生极低的能量损失而受到广泛关注。以往基于谷光子晶体的研究大多基于硅材料，因硅具有较高折射率进而可获得较大宽度的带隙。但基于较低折射率材料构建的谷光子晶体同样具有广泛应用。如基于钛酸钡的谷光子晶体已被用于构建可调光开关而基于液晶的谷光子晶体已被用于构建可调光分路器。故研究低折射率材料谷光子晶体的传输特性显得重要。

我们以铌酸锂材料为例，研究了胡须形边界及Z形边界圆空气孔谷光子晶体的超晶胞能带特性，同时研究了增大同一单胞的两个圆孔之间的半径差的情况下（令大的空气孔半径更大，小的空气孔半径更小），边界态能带形状的变化规律。发现胡须形圆空气孔波导，在上半部分圆空气孔单胞具有负谷陈数而下半部分圆空气孔具有正谷陈数时，边界态能带实际上是由两个不同的子边界态组成的。发现位于高频处的边界态能带可以有效绕过120°转角，是拓扑不平庸的。而低频处的边界态能带不能有效绕过120°转角，是拓扑平庸的。在孔的半径差增大的过程中，拓扑不平庸边界态能带的带宽会出现一个峰值，为0.0201(a/λ)。验证了所提出结构的鲁棒性。

这也说明，如果目标是实现同时能锁定特定手性光源且具有高鲁棒性的波导，则光子晶体空气孔的半径不宜过大，而是应取一个折衷值。这些结论可推广至其余折射率和铌酸锂相似的材料中，如钛酸钡，钽酸锂等。

图1. 上下半部分单元分别有负、正谷陈数的胡须形边界铌酸锂谷光子晶体 (a)结构图及(b)群指数图，超晶胞能带图，及|Hz|模场分布，红色虚线为光线，红色阴影为光线以下的带隙，蓝色阴影为光线以上的带隙。

该成果发表在"Rui Ge, Xiongshuo Yan, Yuping Chen, and Xianfeng Chen. Broadband and lossless lithium niobate valley photonic crystal waveguide, Chinese Optics Letters, 19(6), 6001 (2021)"

论文链接：http://www.researching.cn/EN/Article/OJ670b80a2437e23a2