基于连续体束缚态的超表面嵌入拓扑光子晶体实现多功能光场调控

来自清华大学深圳国际研究生院的研究人员针对传统拓扑光子晶体(PhCs)可调性不足和超表面缺乏拓扑保护的难题，创新性地提出将超表面嵌入源自连续体束缚态(BIC)的拓扑PhCs中。该研究实现了手性调控、相位梯度波前工程和异常点生成，同时保持了BIC的动量空间拓扑奇点，为手性传感、涡旋生成和奇异光学应用提供了多功能集成平台。

　　

传统拓扑光子晶体(PhCs)虽具有鲁棒性传输特性，却在功能多样性方面存在局限；而超表面(Metasurface)虽能灵活调控电磁波，却缺乏固有的拓扑保护特性。这项研究巧妙地将定制化超表面嵌入到源自连续体束缚态(Bound State in the Continuum, BIC)的拓扑PhCs中，在保持体系动量空间拓扑奇异性的同时，实现了三大突破性功能：通过打破镜像对称性实现光学手性(Chirality)控制，利用相位梯度分布完成波前(Wavefront)整形，并在非厄米系统中构造出异常点(Exceptional Points)。这种"拓扑保护-功能调控"双赢的设计策略，成功将手性传感、光学涡旋(Vortex)生成等应用集成于微型自由空间器件，为发展兼具拓扑鲁棒性和多功能性的平面光学(Flat Optics)平台提供了新范式。值得注意的是，该技术已通过中国专利(2025103761267/2025103761394)保护，在保持BIC拓扑特性的同时，首次实现了对光自旋角动量与轨道角动量的协同调控。