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物理学 > 光学

arXiv:2503.22206 (physics)
[提交于 2025年3月28日 ]

标题: 双频带谷-霍尔拓扑光子晶体的逆设计与任意赝自旋态

标题: Inverse design of dual-band valley-Hall topological photonic crystals with arbitrary pseudospin states

Authors:Yuki Sato, Shrinathan Esaki Muthu Pandara Kone, Junpei Oba, Kenichi Yatsugi
摘要: 谷光子晶体(VPCs)提供拓扑kink态,确保光传播的鲁棒性、单向性和抗背向散射性。 VPCs的设计通常基于与凝聚态拓扑绝缘体的类比,这些绝缘体表现出量子谷霍尔效应;通常使用试错方法来定制光子带结构及其拓扑特性,这些特性由局部贝里曲率表征。 在本文中,我们提出了一种基于频域分析的逆向设计框架,用于具有任意赝自旋态的VPCs。 具体而言,我们利用带边的横向自旋角动量(TSAM)来制定目标函数,以设计所需的拓扑特性。 数值实验表明,我们提出的設計方法可以成功生成表现出双频段操作的光子晶体波导,从而实现频率依赖的光路由。 因此,我们的赝自旋工程方法为设计拓扑光子波导提供了一种成本效益高的替代方案,提供了新颖的功能。
摘要: Valley photonic crystals (VPCs) offer topological kink states that ensure robust, unidirectional, and backscattering-immune light propagation. The design of VPCs is typically based on analogies with condensed-matter topological insulators that exhibit the quantum valley Hall effect; trial-and-error approaches are often used to tailor the photonic band structures and their topological properties, which are characterized by the local Berry curvatures. In this paper, we present an inverse design framework based on frequency-domain analysis for VPCs with arbitrary pseudospin states. Specifically, we utilize the transverse spin angular momentum (TSAM) at the band edge to formulate the objective function for engineering the desired topological properties. Numerical experiments demonstrate that our proposed design approach can successfully produce photonic crystal waveguides exhibiting dual-band operation, enabling frequency-dependent light routing. Our pseudospin-engineering method thus provides a cost-effective alternative for designing topological photonic waveguides, offering novel functionalities.
评论: 13页,9图
主题: 光学 (physics.optics) ; 计算工程、金融与科学 (cs.CE)
引用方式: arXiv:2503.22206 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2503.22206v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.22206
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1002/adom.202500994
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来自: Yuki Sato [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 3 月 28 日 07:49:23 UTC (9,043 KB)
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