东南大学联合团队在《自然》发文：实现无绝缘体拓扑光子波导，空间利用率达100%

近日，东南大学毫米波全国重点实验室联合南京大学、香港科技大学，在光子学领域取得突破性进展——成功提出并实现一种无绝缘体拓扑光子波导，构建了拓扑光子的多通道“高速公路”。研究成果于7月22日发表于国际顶级期刊《自然》。

传统拓扑波导依赖不可导波的绝缘层提供拓扑保护，限制了空间利用率。东南大学崔晓晗教授比喻：“就像被宽阔隔离带环绕的专用道路，通行路面只占很小一部分。”若能改造为多通道紧密排列的“高速公路”，每个通道既传输信号又充当邻近通道的“护栏”，无需额外隔离层，将极大提升光通道通行效率。

联合团队设计了四种特殊光子晶体——光子谷半准金属，同时扮演波导和拓扑绝缘层双重角色。按特定顺序排列后，形成四条空间上并行单向通道，各通道协同工作，实现“高速公路”100%空间利用率。电磁仿真和微波实验显示，四个单向导波通道的电磁波通过60度、90度、120度急弯时仍能沿预定通道单向传播，反向散射和通道串扰受到有效抑制。与传统拓扑波导光主要集中在狭窄界面附近不同，新结构中波可分布在整个通道内，且通过改变通道宽度和形状，可实现场分布展宽、压缩或横向移动，为紧凑空间内信号传输与波场形貌调控提供全新可能。

这项研究在拓扑光子波导的稳定传输与高密度集成需求之间找到了平衡，为下一代高速光通信和片上光子计算提供了坚实的理论与技术支持。正如美国物理学会会士、香港科技大学陈子亭教授所言，这一突破将推动光量子计算、高速光通信及高集成度光子集成电路的发展。