中山大學(xué)李朝紅課題組：光的拓?fù)漭斶\(yùn)

　　Iccsz訊 拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)鋽?shù)測(cè)量是拓?fù)湮锢韺W(xué)中的重要科學(xué)問題?；诠鈱W(xué)亥姆霍茲方程與薛定諤方程的等價(jià)性，經(jīng)典光學(xué)體系可以用來研究和檢驗(yàn)量子力學(xué)的相關(guān)基本規(guī)律，并有效地實(shí)施量子模擬。

　　近年來，基于光學(xué)體系探究拓?fù)湎嗪屯負(fù)湎嘧円呀?jīng)形成一個(gè)新的研究領(lǐng)域——拓?fù)涔庾訉W(xué)。拓?fù)鋽?shù)的觀測(cè)一直是表征拓?fù)湎嗟年P(guān)鍵問題，拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域現(xiàn)有研究主要通過探測(cè)邊緣態(tài)去了解拓?fù)涮匦?，但直接測(cè)量體態(tài)拓?fù)鋽?shù)仍然是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

　　諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主戴維·索利斯 (David J. Thouless) 在1983年提出拓?fù)淞孔虞斶\(yùn)的概念，也就是著名的索利斯抽運(yùn)(Thouless pumping)。不同于經(jīng)典抽運(yùn)，由量子力學(xué)主導(dǎo)的索利斯抽運(yùn)通過周期性地改變一維晶格的勢(shì)能，實(shí)現(xiàn)粒子的定向輸運(yùn)。索利斯抽運(yùn)的每個(gè)調(diào)制周期內(nèi)，粒子被輸運(yùn)的距離和方向取決于體態(tài)拓?fù)鋽?shù)。

　　中山大學(xué)李朝紅教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了不同可公度廣義Aubry-André-Harper (AAH)模型的拓?fù)洳坏葍r(jià)性，并提出如何基于光學(xué)波導(dǎo)陣列利用索利斯抽運(yùn)去測(cè)量體態(tài)拓?fù)鋽?shù)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Laser & Photonics Reviews [10, 995 (2016)]上，并被選為封底論文。

圖 Laser & Photonics Reviews 2016年12月刊的封底圖

　　李朝紅教授團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算可公度廣義AAH模型的體態(tài)陳拓?fù)鋽?shù)，發(fā)現(xiàn)了體系的拓?fù)湎嘧?，并給出了整個(gè)參數(shù)空間內(nèi)的拓?fù)湎鄨D。他們給出了支持大陳數(shù)拓?fù)湎嗟膮?shù)區(qū)域，并建議通過周期性地調(diào)制波導(dǎo)折射率和波導(dǎo)間距去實(shí)現(xiàn)光的索利斯抽運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)體態(tài)拓?fù)鋽?shù)的有效觀測(cè)。如上圖所示，在折射率橫向和縱向調(diào)制的光學(xué)波導(dǎo)陣列，從初始折射率最大的波導(dǎo)中注入高斯光束，光場(chǎng)會(huì)沿著藍(lán)色虛線的軌跡傳播。在一個(gè)縱向調(diào)制周期內(nèi)，光場(chǎng)中心向左移動(dòng)3根波導(dǎo)的距離。由于光場(chǎng)移動(dòng)的距離等于體態(tài)陳拓?fù)鋽?shù)乘以橫向調(diào)制周期，這里橫向調(diào)制周期為3，可以得到體態(tài)陳拓?fù)鋽?shù)為-1。

　　這些結(jié)果增進(jìn)了人們對(duì)廣義AAH模型的拓?fù)涮匦缘恼J(rèn)識(shí)，并為光學(xué)體系的體態(tài)拓?fù)鋽?shù)的測(cè)量提供了一種有效的途徑。

        論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201600119/full