Nonlinear control of photonic higher-order topological bound states in the continuum

非线性系统 拓扑(电路) 光子学 物理 拓扑绝缘体 拓扑序 格子(音乐) 束缚态 量子力学 数学 声学 量子 组合数学
作者
Zhichan Hu,Domenico Bongiovanni,Dario Jukić,Ema Jajtić,Shiqi Xia,Daohong Song,Jingjun Xu,Roberto Morandotti,Hrvoje Buljan,Zhigang Chen
出处
期刊:Light-Science & Applications [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:118
标识
DOI:10.1038/s41377-021-00607-5
摘要

Abstract Higher-order topological insulators (HOTIs) are recently discovered topological phases, possessing symmetry-protected corner states with fractional charges. An unexpected connection between these states and the seemingly unrelated phenomenon of bound states in the continuum (BICs) was recently unveiled. When nonlinearity is added to the HOTI system, a number of fundamentally important questions arise. For example, how does nonlinearity couple higher-order topological BICs with the rest of the system, including continuum states? In fact, thus far BICs in nonlinear HOTIs have remained unexplored. Here we unveil the interplay of nonlinearity, higher-order topology, and BICs in a photonic platform. We observe topological corner states that are also BICs in a laser-written second-order topological lattice and further demonstrate their nonlinear coupling with edge (but not bulk) modes under the proper action of both self-focusing and defocusing nonlinearities. Theoretically, we calculate the eigenvalue spectrum and analog of the Zak phase in the nonlinear regime, illustrating that a topological BIC can be actively tuned by nonlinearity in such a photonic HOTI. Our studies are applicable to other nonlinear HOTI systems, with promising applications in emerging topology-driven devices.

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