研究進展：孫洪波院士領銜！鄭州大學/吉林大學，光子芯片-超絕熱拓撲泵浦 | Nature Communications
發布時間：
2026-01-06
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絕熱拓撲泵浦，為集成光子學中的光傳輸提供了穩健機制，從而推動高效片上光子器件的發展。然而，由于緩慢絕熱調制的需求，在實際應用實施過程中，面臨維持高傳輸效率與可擴展性的嚴峻挑戰，現有加速策略，在實現顯著的器件微型化方面，仍存在不足。
近日，鄭州大學蘇石磊團隊聯合吉林大學田振男團隊和清華大學孫洪波院士團隊在Nature Communications上發文，提出了一種間隙模式策略，用于構建拓撲泵浦的捷徑，并通過在片上光子平臺中的迭代絕熱變換，實驗演示了一種超絕熱范式。
這種方法相較于傳統絕熱泵浦，實現了20倍的空間占用縮減，相比優化的朗道-齊納（以及近期報道的量子度規和絕熱下確界）方案尺寸減少50%。該器件可以在650–920納米的顯著帶寬范圍內運行，同時支持可擴展的波導集成。
這一方法，為通過定制耦合配置，實現高效率拓撲光子傳輸建立了框架，為超緊湊光子集成電路的發展鋪平了道路。
第一作者：Jin-Lei Wu, Kai-Heng Xiao, Xiang Ni.
通訊作者：蘇石磊Shi-Lei Su, 田振男Zhen-Nan Tian & 孫洪波Hong-Bo Sun
通訊單位：鄭州大學、吉林大學、清華大學
光子芯片的超絕熱拓撲泵浦。
圖1：調制光子波導中，超絕熱Superadiabatic，SUAD拓撲泵浦的示意圖
圖2：超絕熱SUAD拓撲泵浦的加速性能。
圖3：超絕熱SUAD拓撲泵浦的寬帶和可擴展性能
實驗采用硼硅酸鹽玻璃作為基底，通過飛秒激光直寫技術制備了具有調制耦合系數和傳播常數的波導陣列。通過控制波導間距（6–15 μm）和激光掃描速度，精確調控相鄰波導之間的耦合強度和傳播常數。采用808納米激光注入第一個波導作為輸入，通過電荷耦合器件記錄輸出光強分布，驗證了超絕熱拓撲泵浦在不同波長（633–980納米）和不同波導數量（20–36根）下的高性能傳輸。
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2025-10-20
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