有源拓扑光子学

拓扑光子学已成为调控光流的新途径。支撑于拓扑非平庸绝缘体块体结构边界的拓扑保护光子边缘模式尤其引人关注，因为它们有望实现不受结构无序影响的低损耗光波导。最近，将增益材料引入此类拓扑光子结构的研究兴趣急剧上升，主要旨在借助拓扑物理中存在的物理机制革新半导体激光器。引人注目的实现实例包括时间反演对称性破缺下单向光输出的拓扑激光器，以及拓扑保护的极化子与微/纳米腔激光器。此外，增益与损耗的引入提供了一个探索新颖拓扑相的迷人平台，这些拓扑相与非厄米及宇称-时间对称量子物理密切相关，且通常难以借助费米子凝聚态系统触及。在此，我们综述以光学增益发挥关键作用的有源拓扑光子学前沿研究。我们讨论各类拓扑激光器的最新实现，以及解释拓扑边缘模式涌现的底层物理。在此类演示中，拓扑激光器的光学模式由介电结构决定，并借助光学增益支持激光振荡。我们也论述增益与损耗本身实质上影响块体系统拓扑性质的拓扑光子系统近期研究。我们相信，有源拓扑光子学为推进面向多样应用的微纳光子学系统及拓扑物理本身提供了有力手段。