上海交大王波、陈险峰团队PRL发文：超晶胞光子晶体近场涡旋动力学与二次谐波增强
2025/07/08
202近日，上海交通大学物理与天文学院王波和陈险峰课题组与合作者首次提出了一种超晶胞光子晶体结构，观测到独特的近场涡旋动力学行为并以此实现了高效的二次谐波增强。相关研究成果以“Nearfield Vortex Dynamics of Supercell Bloch Modes” 为题发表在Physical Review Letters。
背景介绍
光子晶体平板(PCS)支持许多高品质(Q)因子的Bloch模式，例如连续域中的束缚态(BICs)或准BICs。这些模式可以极大地增强光与物质相互作用，在亚波长厚度内增强许多光学效应，在激光、单光子产生和高次谐波产生中有许多应用。近年来，基于群论和参数微扰的方法为设计和调控Bloch模式(实空间、动量空间和能带)提供了多种方案，包括BICs合并、布里渊区折叠、扭曲或莫尔PCS和工程旋转操作等。然而，上述方案大多数在简单的晶格单元的PCS中实现，且受到较为严格的对称性限制。
图1.阻挫光子Bloch模式的概念
超晶胞构建和能带结构
在本项工作中，我们设计一种C3超晶胞PCS并且观测到了独特的近场涡旋动力学。超晶胞PCS由三个排列在六角晶格中的三角形单元组成，底部单元具有一对相反的旋转角，用于调控面内旋转对称性和谷模耦合。随着成对旋转角度δB引入，布里渊区变为原来的1/3，K点的模式(倏逝谷模)被折叠至Γ点，最终形成两对双简并模式(图2)。通过改变δB可以灵活地调控谷模耦合进而调控点双简并模式；此外由于整体C3对称性的存在，双简并会一直保持。
图2.超晶胞设计与对应的能带结构
近场涡旋模式的演化
进一步地，我们系统研究了二维参数空间(δT，δB)中双简并本征模式的演化。超晶胞的C3对称性允许上述双简并态通过线性组合构建二重简并的赝自旋态，由此可以得到携带近场涡旋的Bloch模式。我们发现，在二维参数空间的高对称线上，近场Bloch模式的相位涡旋会随着δB发生对称移动，并在临界角度(~40°)发生融合，形成“两上一下”或”两下一上”的赝自旋纹理，类似于磁性体系中的几何阻挫，我们称之为光子阻挫模式(Frustrated modes)(图3)。光子阻挫模式本质上是镜像对称性匹配和临界谷模耦合的结果，对应参数空间中最低的辐射损耗。通过连续的改变δB，可以实现从倏逝的谷模到准BICs、阻挫模式和准谷模的转变，每个阶段表现出不同的近场涡旋分布、非线性重叠因子β和品质因子Q，揭示了定制光与物质相互作用的不同阶段。值得注意的是，阻挫模式的非对称涡旋配置带来了优化的Qβ因子以显著地增强二次谐波（SH）。
图3.Bloch模式在参数空间的演化
二次谐波增强的实验表征
实验上，我们制备了一系列具有不同几何参数的PCS样品，系统地表征了谐振波长和Q因子并进一步地测试了1064nm激光泵浦下的SH生成。总之，随着δB从0°增加到20°，我们观测到了大约两个数量级的SH增强，这表明较低Q的阻挫模式显著优于高Q的qBICs模式对SH增强的效果(图4)，与理论预测一致。
图4.超晶胞PCS二次谐波增强的实验表征
总结与展望
我们的旋转设计策略可以广泛应用，包括创建更大的超胞结构或从平面内旋转扩展到平面外倾斜等，为设计具有定制特性的超晶胞光子晶体提供了一个通用的框架，并在非线性光学、光力和激光效应中具有广阔的应用前景。此外，本研究为研究具有复杂空间对称性约束和模式耦合的超晶胞光子晶体提供了新的见解，突破了传统的简单对称性破缺和微扰的理论框架。
上海交通大学物理与天文学院博士后叶晓娜和2023级博士生王光丰为论文共同第一作者，上海交通大学王波副教授、陈险峰教授以及北京理工大学段潇洋教授为论文共同通讯作者。论文合作者还包括上海交通大学袁璐琦与李听昕老师，王子维、李增亚、贾童童等同学。研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金、上海市科委国际合作项目、阳阳发展基金等支持。
鏂囩珷鏉ユ簮上海交大锛屽垎浜彧涓哄鏈氦娴侊紝濡傛秹鍙婁镜鏉冮棶棰樿鑱旂郴鎴戜滑锛屾垜浠皢鍙婃椂淇敼鎴栧垹闄ゃ
-
2025骞11鏈堜紭璐ㄥ鏈細璁帹鑽 16
-
2025骞存満鍣ㄨ瑙夈佹櫤鑳芥垚鍍忎笌妯″紡璇 392
-
2025骞寸涓冨眾鎺у埗涓庢満鍣ㄤ汉鍥介檯浼氳 576
-
2025骞存櫤鑳藉厜瀛愬涓庡簲鐢ㄦ妧鏈浗闄呭 1529
-
2025骞存満姊板伐绋嬶紝鏂拌兘婧愪笌鐢垫皵鎶鏈 1790
-
2025骞磋绠楁満绉戝銆佸浘鍍忓垎鏋愪笌淇″彿 2065
-
2025骞存潗鏂欏寲瀛︿笌鐕冩枡鐢垫睜鎶鏈浗闄 1861
-
2025骞磋嚜鍔ㄥ寲鍓嶆部绯荤粺銆佹櫤鎱у煄甯備笌 10-23
-
2025骞翠俊鎭厜瀛︺侀仴鎰熸妧鏈笌鏈哄櫒瑙 10-23
-
2025骞存暟瀛椾汉鏂囥佹枃鍖栭仐浜т笌璇█瀛 10-23
-
2025骞寸缁忕瀛︺佺敓鐗╀俊鎭涓庢櫤鑳 10-23
-
2025骞磋瑷璁ょ煡銆佷汉宸ユ櫤鑳戒笌璁＄畻寤 10-23
-
2025骞寸ぞ浼氱瀛︺佸簲鐢ㄨ瑷瀛︿笌浜烘枃 10-23
-
2025骞翠紶缁熸満姊般佸姩鍔涘涓庢櫤鑳借澶 10-23
-
2025骞村浘鍍忓鐞嗐佺墿鐞嗗缓妯′笌缁撴瀯璁 10-23
2025骞寸鍥涘眾閫氫俊锛屼俊鎭郴缁熶笌鏁版嵁绉戝鍥介檯.
2025骞存暟鎹瀛︿笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯浼氳(DSI.
绗洓灞婃暟鐞嗙粺璁′笌缁忔祹鍒嗘瀽鍥介檯瀛︽湳浼氳 (MS.
绗笁灞婁俊鎭寲鏁欒偛涓庝汉宸ユ櫤鑳藉浗闄呭鏈細璁紙IC.
绗簲灞婃娴嬫妧鏈笌鏅鸿兘绯荤粺鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圖TI.
2025 骞寸浜屽眾浜氭床鏅鸿兘鐢电綉锛岀豢鑹茶兘婧愪笌搴.
绗簲灞婄幆澧冩薄鏌撲笌娌荤悊鍥介檯瀛︽湳浼氳 (ICEP.
2025骞寸鍥涘眾鍏堣繘鐨勭數鍔涚郴缁熷拰鑳芥簮宸ョ▼鍥介檯.
2025骞寸浜屽眾IEEE浜氭床鍏堣繘鐢垫皵涓庣數鍔涘伐.
绗竷灞婃按鍒╀笌鍦熸湪寤虹瓚宸ョ▼鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圚CC.
绗簲灞婄數瀛愰氫俊涓庤绠楁満绉戝鎶鏈浗闄呭鏈細璁紙.
绗簩灞婇仴鎰熸妧鏈笌鍥惧儚澶勭悊鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圧ST.
2026宓屽叆寮忕郴缁熴佺Щ鍔ㄩ氫俊涓庤绠楀浗闄呬細璁紙.
绗簲灞婄數瀛愪俊鎭伐绋嬩笌鏁版嵁澶勭悊鍥介檯瀛︽湳浼氳锛圗.
绗竷灞婃柊鏉愭枡涓庢竻娲佽兘婧愬浗闄呭鏈細璁紙ICAM.
-
2025骞翠袱闄㈤櫌澹閫夋湁鏁堝欓変汉1145
-
2025鏈鏂癑CR鍒嗗尯鍙婂奖鍝嶅洜瀛4758
-
濂藉鏈:绉戠爺缃戝潃瀵艰埅|瀛︽湳澶存潯鍒2033
-
2025骞村浗闄呮湡鍒婇璀﹀悕鍗曞彂甯!1930
-
2025骞翠腑绉戦櫌鏈熷垔鍒嗗尯琛ㄩ噸纾呭彂8447
-
涓浗绉戝崗銆婇噸瑕佸鏈細璁洰褰曪紙205134
-
鍚夋灄澶у鏍￠暱寮犲笇锛氬鏈細璁腑鐨勬彁2840
-
娓呭崕澶у鍦板绯婚槼鍧よ棰樼粍鎻ず鍏ㄧ悆10-20
-
鍘嗗彶鏃舵湡鏋佺骞叉棻鐏惧鐨勬暟鎹瘎浼板拰10-20
-
鈥滄竻鍗庡寲瀛︾櫨骞磋鍧涳細濉戦犲寲瀛︾殑鏈10-20
-
鐮旂┒鎻ず妞嶇墿婵绱犵嫭鑴氶噾鍐呴叝浣滀负璺10-20
-
娓呭崕澶у鑱斿悎鐮斿彂鐨勨46MW澶у10-20
-
娓呭崕澶у锛堣蒋浠跺闄級-涔濈枂鐢靛姏寤10-20
-
涓浗鍐滀笟澶у鍦熷湴瀛﹂櫌椹煫闊暀鎺堝洟10-20
-
鐢靛瓙绉戞妧澶у鍏夌數瀛﹂櫌鏈鐢熷湪涓鍖10-20
-
北京艾尚国际展览有限公司 1926
-
广东外语外贸大学 1948
-
中国科学院北京纳米能源与系统研究 2190
-
昆明全昌会议服务有限公司 23110
-
西南科技大学 2328
-
云南博海会展有限公司 24114
-
电子科技大学 21062
-
重庆邮电大学 18356
-
南京大陆产业 21007
-
中信国安第一城国际会展中心 18074
-
东华大学 21215
-
中国知识产权研究会 18015
-
洛阳青创文化传播有限公司 8083
-
WILL 24015
-
厦门市厚百智库科技有限公司 24029
-
重庆市渝北区 18090
-
中国计算机用户协会 18137
-
南京邮电大学计算机学院 22248
-
FEWFR 24018
-
GERG3R 24214
