如何让光信号在密集通道中稳定转弯、减少串扰，是集成光子学领域的重要难题。东南大学毫米波全国重点实验室电磁超材料团队联合南京大学、香港科技大学团队，提出一种新型多通道拓扑光波导机制，让光信号既能在传输通道中绕过急弯，又不必留出空间以保护信号，从而在同样面积内让更多光子通行，为未来研发更多光传输通道的光芯片提供了理论基础。相关研究22日发表在国际学术期刊《自然》上。
论文共同通讯作者、东南大学教授崔晓晗介绍：“传统拓扑光波导就像一条被宽厚的‘隔离带’包裹的专用道路，虽能让光稳定绕过缺陷和急弯，不被扰动，却也因‘隔离带’占去大量空间，让路面变得狭窄。”
研究团队设计了一种全新的拓扑光子波导，相当于拆掉了“隔离带”，却依然能让每条车道的车流互不干扰、稳定通行。崔晓晗说，这种波导像一条多车道的“光子高速路”，每个“车道”既传输自身信号，也是邻近“车道”的“护栏”，大大节省了空间。这条“高速路”的铺设，源于团队设计的4种特殊光子晶体。
崔晓晗解释，这些特殊光子晶体是一种具有“双重属性”的超材料，该材料既允许光自由通过，又能像护栏一样约束光的路径，防止泄漏和反射。将4种特殊光子晶体按特定顺序排列，可以在空间上形成4条彼此分离的单向通道。这些通道之间相互协同，各自传输光子，同时互为屏障，从而在保证拓扑稳定性的前提下，实现了100%的空间利用率。
微波频段测试表明，当光通过60度、90度甚至120度的急弯时，依然能够沿着预定的单向通道传播，反向散射和通道间的串扰都被有效抑制。
“此次研究突破了拓扑光传输依赖材料边界的传统框架，为高密度光芯片的研发提供了新的技术路径，也为面向下一代高速光通信、片上光子计算的自主创新积累了理论与技术基础。”崔晓晗说。
