フォトニック・ミッドギャップ欠陥モードのトポロジカル保護

二次元フォトニック周期構造体における欠陥モードは、多様な光学デバイスに用いられている。例えばフォトニック結晶共振器は、光学モードをサブ波長体積に閉じ込め、非線形性の増強、レーザー発振、共振器量子電磁気学に用いることができる。欠陥コアフォトニック結晶ファイバーは、スーパーコンティニウムの生成や大コア径のエンドレスシングルモード・ファイバーの実現を可能にする。しかし、こうしたモードは脆弱なことで知られており、小さな構造変化によって共振周波数やモード体積が大きく変化する。今回我々は、フォトニック結晶トポロジカル絶縁体構造を用いて、ミッドギャップにおけるモード周波数をトポロジカルに保護し、フォトニック欠陥モード体積を最小限にできることを示す。我々は、これを、フェムト秒レーザーで書き込んだ導波路アレイにおいて、アレイのコーナーに閉じ込められたトポロジカルゼロモードの存在を観測することによって実験的に実証している。このモードのロバスト性は、二次元環境に組み込まれたゼロ次元状態を保護するトポロジカル不変量によって保証される。これは、これまで実証されていない新しいタイプのトポロジカル保護である。