拓扑谷 Valley 变形器：双功能波导与单束泄漏波辐射用于太赫兹通信
光学
2026-03-31 v1
摘要
拓扑光子学因其稳健的波导能力而在太赫兹芯片系统中日益受到关注。然而，直接将拓扑谷锁定边态提取到有向自由空间辐射而不使用辅助耦合器，同时保持波导功能，仍是一个根本性挑战。本文提出并实验演示了一个双功能的拓扑谷变形器。通过在完整的拓扑波导 (TW) 上引入角度截断和空间位移，该结构本质上保留了其波导能力。此外，作为一个孤立的章节时，它功能为一个拓扑泄漏波天线 (TLWA)，表现出方向性单峰辐射。TW 显示出低损耗的波导性能，支持 18 GHz 的工作带宽，可实现最高 60 Gbps 的无误差传输。对于 TLWA，通过逐渐减少与传播方向正交的保护晶格数量，谷锁定边态与自由空间光线相吻合，产生泄漏波辐射。同时，反向谷锁定边态的变形抑制了远场旁瓣并降低反射，实现侧瓣抑制比 (SLSR) 超过 15 dB 的干净单束辐射图样。TLWA 实现测量峰值增益为 12.5 dBi，工作带宽为 19 GHz。值得注意的是，K 谷辐射的低色散特性使主瓣方向在整个工作带宽内仅变化 2 度，从而实现 24 Gbps 的无误差自由空间接收。这一双功能设计代表了通往高度集成和模块化太赫兹芯片系统的关键一步。
引用
@article{arxiv.2603.28245,
title = {Topological Valley-Reshaped Device: Bifunctional Waveguiding and Single-Beam Leaky-Wave Radiation for Terahertz Communication},
author = {Yulun Wu and Ziwei Wang and Faqian Chong and Hua Shao and Bingtao Gao and Shilong Li and Jin Tao and Hongsheng Chen and Song Han},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.28245},
year = {2026}
}