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从蝴蝶翅膀到拓扑光子晶体波导与微腔

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王海啸, 蒋建华. 2026: 从蝴蝶翅膀到拓扑光子晶体波导与微腔, 物理, 55(2): 103-113. doi: 10.7693/wl20260204
引用本文: 王海啸, 蒋建华. 2026: 从蝴蝶翅膀到拓扑光子晶体波导与微腔, 物理, 55(2): 103-113. doi: 10.7693/wl20260204
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WANG Hai-Xiao, JIANG Jian-Hua. 2026: From butterfly wings to topological photonic crystal waveguides and cavities, Physics, 55(2): 103-113. doi: 10.7693/wl20260204
Citation: WANG Hai-Xiao, JIANG Jian-Hua. 2026: From butterfly wings to topological photonic crystal waveguides and cavities, Physics, 55(2): 103-113. doi: 10.7693/wl20260204
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从蝴蝶翅膀到拓扑光子晶体波导与微腔

  • 1 宁波大学物理科学与技术学院 宁波 315211;

  • 2 中国科学技术大学苏州高等研究院 苏州 215123

    • 通讯作者: 王海啸，email:wanghaixiao@nbu.edu.cn;  蒋建华，email:jhjiang3@ustc.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发项目(批准号：2022YFA1404400)、国家自然科学基金(批准号：12474432)、广西自然科学基金(批准号：2023GXNSFAA026048)资助项目

From butterfly wings to topological photonic crystal waveguides and cavities

  • 1 School of Physical Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China;

  • 2 Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China, Suzhou 215123, China

    • Corresponding authors: WANG Hai-Xiao ;  JIANG Jian-Hua

  • 摘要: 作为一种周期性介电结构，光子晶体可以实现对电磁波的自由操控，并已在光通信和传感等领域大显身手。然而，由于不可避免的制造缺陷，电磁波在光子晶体中会遭受显著的散射损耗，这不仅影响光波导的传输性能，也限制了光子晶体微腔的品质因数。近年来，以其鲁棒性著称的拓扑物态为控制电磁波提供了一种新途径，并逐渐形成了一个新的研究分支——拓扑光子学。文章简要回顾了拓扑光子晶体的发展历程，并着重介绍拓扑波导与拓扑微腔在提升光子调控能力方面的最新研究进展。这些发现不仅深化了人们对光与物质相互作用的理解，也为未来高性能集成光子芯片的设计开辟了新路径。
    Abstract: As periodic dielectric structures, photonic crystals allow for the free manipulation of electromagnetic waves and have already demonstrated significant potential in fields such as optical communication and sensing. However, due to inevitable manufacturing defects, electromagnetic waves in photonic crystals suffer significant scattering loss; this not only degrades the performance of optical waveguides but also limits the quality factor of photonic crystal microcavities. In recent years, topological states of matter—renowned for their robustness—have provided a new approach for the control of electromagnetic waves, giving rise to an emerging field known as topological photonics. This paper briefly reviews the development of topological photonic crystals, with particular focus on the latest research on the ability of topological waveguides and microcavities to enhance light control. These findings not only deepen our understanding of the interactions between light and matter but also pave the way for the design of future high-performance photonic integrated chips.
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  • Biró L P，Bálint Zs，Kertész K et al. Phys. Rev. E，2003，67： 021907
    Zi J，Yu X，Li Y et al. Proc. Natl. Acad. Sci.，2003，100：12576
    Joannopoulos J D. Photonic Crystals：Molding the Flow of Light. Princeton：Princeton University Press，2008
    Yablonovitch E. Phys. Rev. Lett.，1987，58：2059
    John S. Phys. Rev. Lett.，1987，58：2486
    Lu L，Joannopoulos J D，Soljačić M. Nat. Photonics，2014，8：821
    Xue H，Yang Y，Zhang B. Adv. Photonics Res.，2021，2：2100013
    Ozawa T，Price H M，Amo A et al. Rev. Mod. Phys.，2019，91： 015006
    Xue H，Yang Y，Zhang B. Nat. Rev. Mater.，2022，7：974
    Zhu W，Deng W，Liu Y et al. Rep. Prog. Phys.，2023，86：106501
    Wang Z，Chong Y D，Joannopoulos J D et al. Phys. Rev. Lett.， 2008，100：013905
    Haldane F D M，Raghu S. Phys. Rev. Lett.，2008，100：013904
    Wang Z，Chong Y，Joannopoulos J D et al. Nature，2009， 461：772
    Rechtsman M C，Zeuner J M，Plotnik Y et al. Nature，2013，496： 196200
    Khanikaev A B，Hossein Mousavi S，Tse W K et al. Nat. Mater.， 2013，12：233
    Chen W J，Jiang S J，Chen X D et al. Nat. Commun.，2014，5： 5782
    Ma T，Khanikaev A B，Mousavi S H et al. Phys. Rev. Lett.， 2015，114：127401
    He C，Sun X C，Liu X P et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA，2016， 113：4924
    Wu L H，Hu X. Phys. Rev. Lett.，2015，114：223901
    Yang Y，Xu Y F，Xu T et al. Phys. Rev. Lett.，2018，120：217401
    Ma T，Shvets G. New J. Phys.，2016，18：025012
    Chen X D，Zhao F L，Chen M et al. Phys. Rev. B，2017，96：020202
    Wu X，Meng Y，Tian J et al. Nat. Commun.，2017，8：1304
    Yang J K，Hwang Y，Oh S S. Phys. Rev. Research，2021，3： L022025
    Davis R J，Zhou Y，Bisharat D J et al. Phys. Rev. B，2022，106： 165403
    Bisharat D J，Sievenpiper D F. Laser Photonics Rev.，2023，17： 2200362
    Dai W，Yoda T，Moritake Y et al. Nat. Commun.，2025，16：796
    Zhan Z M，Guo P Y，Li W et al. Appl. Phys. Lett.，2023，123： 251107
    Wang M，Zhang R Y，Zhang L et al. Phys. Rev. Lett.，2021，126： 067401
    Chen Q，Zhang L，Chen F et al. ACS Photonics，2021，8：1400
    Guo P Y，Li W，Hu J et al. Phys. Rev. B，2024，110：035115
    Pang Z，Abdelghani O，Soljačić M et al. Photon. Res.，2025，13： 2718
    Lan Z，Chen M L N，You J W et al. Phys. Rev. A，2023，107： L041501
    Wang M，Ma Q，Liu S et al. Nat. Commun.，2022，13：5916
    Jia H，Wang M，Ma S et al. Light：Sci. Appl.，2023，12：165
    Chen J，Li Z Y. Phys. Rev. Lett.，2022，128：257401
    Colomés E，Franz M. Phys. Rev. Lett.，2018，120：086603
    Zhou P，Liu G G，Yang Y et al. Phys. Rev. Lett.，2020，125： 263603
    Bahari B，Ndao A，Vallini F et al. Science，2017，358：636
    Chen Y，Gao N，Zhu G et al. Phys. Rev. B，2023，108：195423
    Wu Z，Wang Z，Meng Y et al. Laser Photonics Rev.，2025，19： 2401451
    Mo H，Gao Z，Chen X et al. Laser Photonics Rev.，2025，19： 2401450
    Zeng Y，Chattopadhyay U，Zhu B et al. Nature，2020，578：246
    Li Y，Yu Y，Liu F et al. Phys. Rev. Lett.，2020，125：213902
    Muis D，Li Y，Barczyk R et al. Sci. Adv.，2025，11：eadr9569
    Yan B，Liao B，Shi F et al. Phys. Rev. Lett.，2025，134：033803
    Xie B，Wang H X，Zhang X et al. Nat. Rev. Phys.，2021，3：520
    Ota Y，Liu F，Katsumi R et al. Optica，2019，6：786
    Xie B，Su G，Wang H F et al. Nat. Commun.，2020，11：3768
    Li Z，Li S，Yan B et al. Phys. Rev. Lett.，2025，134：116607
    Lin Z K，Wang Q，Liu Y et al. Nat. Rev. Phys.，2023，5：483
    Li F F，Wang H X，Xiong Z et al. Nat. Commun.，2018，9：2462
    Wang H X，Li W，Hu J et al. Front. Phys. (Beijing)，2026，24： 032302
    Menssen A J，Guan J，Felce D et al. Phys. Rev. Lett.，2020，125： 117401
    Noh J，Schuster T，Iadecola T et al. Nat. Phys.，2020，16：989
    Gao X，Yang L，Lin H et al. Nat. Nanotechnol.，2020，15：1012
    Yan B，Qi Y，Wang Z et al. Nat. Commun.，2025，16：5659
    Peterson C W，Li T，Jiang W et al. Nature，2021，589：376
    Liu Y，Leung S，Li F F et al. Nature，2021，589：381
    Hwang M S，Kim H R，Kim J et al. Nat. Photonics，2024， 18：286
    Hu Z，Bongiovanni D，Wang Z et al. Nat. Photonics，2025，19：162
    Cui Z，Guo W，Hong X et al. Nano Lett.，2025，25：12516
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-12-18

从蝴蝶翅膀到拓扑光子晶体波导与微腔

    通讯作者: 王海啸，email:wanghaixiao@nbu.edu.cn; 
    通讯作者: 蒋建华，email:jhjiang3@ustc.edu.cn
  • 1 宁波大学物理科学与技术学院 宁波 315211;
  • 2 中国科学技术大学苏州高等研究院 苏州 215123
  • 收稿日期:  2025-12-18
基金项目: 

摘要: 作为一种周期性介电结构，光子晶体可以实现对电磁波的自由操控，并已在光通信和传感等领域大显身手。然而，由于不可避免的制造缺陷，电磁波在光子晶体中会遭受显著的散射损耗，这不仅影响光波导的传输性能，也限制了光子晶体微腔的品质因数。近年来，以其鲁棒性著称的拓扑物态为控制电磁波提供了一种新途径，并逐渐形成了一个新的研究分支——拓扑光子学。文章简要回顾了拓扑光子晶体的发展历程，并着重介绍拓扑波导与拓扑微腔在提升光子调控能力方面的最新研究进展。这些发现不仅深化了人们对光与物质相互作用的理解，也为未来高性能集成光子芯片的设计开辟了新路径。

English Abstract

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