具有拓扑谷边缘模式的宽带且工艺容差的 3-dB 耦合器

3-dB 耦合器常用于光子集成电路中进行片上信息处理、精密测量和量子计算，但由于其有限的 3-dB 带宽和对制造误差的敏感性，在实现鲁棒性能方面面临挑战。为解决这一问题，我们将拓扑物理引入纳米光子学，开发了一个拓扑 3-dB 耦合器框架。这些耦合器展现出宽工作波长范围和对制造尺寸误差的鲁棒性。通过利用谷霍尔拓扑和镜面对称性，光子晶体平板耦合器实现了理想的 3-dB 分光，其特征为波长不敏感的散射矩阵。容差分析证实了其在 48 nm 宽带上的优越性，以及对 20 nm 尺寸误差的鲁棒分光能力。我们进一步提出了一种用于片上距离测量的拓扑干涉仪，该干涉仪同样表现出对尺寸误差的鲁棒性。将拓扑原理扩展到干涉仪领域，可能为构建鲁棒的波分复用、温度漂移不敏感传感和光学相干断层扫描等应用开辟新的可能性。