フォトニクス：乱れに支援された実–運動量トポロジカルフォトニック結晶

トポロジカルな欠陥と乱れは、互いに影響を打ち消し合う。直観的には、乱れは悪影響を及ぼすと考えられており、従来のトポロジカルフォトニクスではその影響を緩和する試みが必要とされる。今回我々は、連続スペクトル中の束縛状態に由来する運動量空間の特異点を壊すことなく、実空間の乱れを利用してパンチャラトナム–ベリー位相を生成する実–運動量トポロジカルフォトニック結晶を利用する、直観に反する手法を提唱する。この方法論により、平坦な光学デバイスは、固有の配置で運動量空間における連続スペクトル中の束縛状態のトポロジーを保持しつつ、実空間の空間情報や余剰トポロジカル電荷さえも符号化することが可能になる。本論文で我々は、概念実証として、実空間広帯域渦またはホログラフィック画像と、狭帯域幅の共鳴運動量空間渦ビームの同時かつ独立した生成を実証する。これは、従来の方法では実現できないものである。このように設計された乱れは、余剰次元を追加したり光学的平坦性を損なったりすることなく、広大な固有自由度に寄与する。実–運動量の二重性に関する今回の知見は、トポロジカルフォトニクスにおける乱れの操作の基礎を築くだけでなく、光波面整形、暗号化、通信に新たな道を開く。

目次へ戻る