Dirac-vortex topological cavity

Dirac(视频压缩格式) 拓扑量子数 拓扑绝缘体 拓扑序 狄拉克方程 拓扑(电路) 拓扑简并 量子力学 对称保护拓扑序
作者
Xiaomei Gao,Lechen Yang,Hao Lin,Lang Zhang,Jiafang Li,Fang Bo,Zhong Wang,Ling Lu
出处
期刊:arXiv: Optics 被引量:32
标识
DOI:10.1038/s41565-020-0773-7
摘要

Cavity design is crucial for single-mode semiconductor lasers such as the distributed feedback (DFB) and vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSEL). By recognizing that both optical resonators feature a single mid-gap mode localized at the topological defect in a one-dimensional (1D) lattice, we generalize the topological cavity design into 2D using a honeycomb photonic crystal with a vortex Dirac mass -- the analog of Jackiw-Rossi zero modes. We theoretically predict and experimentally demonstrate that such a Dirac-vortex cavity can have a tunable mode area across a few orders of magnitudes, arbitrary mode degeneracy, robustly large free-spectral-range, vector-beam output of low divergence, and compatibility with high-index substrates. This topological cavity could enable photonic crystal surface-emitting lasers (PCSEL) with stabler single-mode operation.
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