Special Issue on Photonic Crystal and Topological Photonics

由介电常数的周期性空间分布带来的光子晶体独特的光子带隙特性，为在介观尺度上操纵光提供了一个平台。基于光子晶体不仅实现了激光器、逻辑器件等各种集成光子器件，还实现了负折射、光学隐身等多种物理效应。基于光子带结构的拓扑光子学已成为当今研究的热点。拓扑光子学提供了两种新的调控自由度，即拓扑态自由度和能谷自由度。可以预见，拓扑光子学不仅可以促进对物理效应和现象的基础研究，而且可以促进高性能光子器件的研究。

顺应光子学领域的研究趋势，Frontiers of Optoelectronics 2020年第一期推出了由北京大学胡小永教授组织的专刊“Photonic Crystal and Topological Photonics”，以促进拓扑光子学领域的研究和基于拓扑特征的光子器件的发展。在本期专刊中，香港科技大学的陈子亭教授对光子晶体和拓扑光子学的发展和研究方向作了深入的评述。除此之外本期专刊还包含有三篇研究文章和三篇评论文章。

我们知道，光子带隙的存在意味着光子晶体可以作为低损耗的分布反馈镜，因此，它们可以实现光场的限制，并且可以用来实现高精度的谐振腔，以便于观察量子电子学现象。基于这一想法，北京大学的柴真等人利用平板介质Si周期结构实现了光子与激子的强耦合。当与增益材料相结合时，光子晶体显然是实现激光的良好平台，实际上基于光子晶体的激光器在过去三十年中已经引起了极大的研究兴趣，北京工业大学的富聿岚副教授和翟天瑞教授对基于光子晶体的分布反馈有机激光器的技术挑战和进展进行了讨论和评述。在实际应用中，不同超晶格的非线性光子晶体已成功地应用于准相位匹配和非线性衍射谐波的产生，中国传媒大学的马博琴副教授等人对此进行了评述。在光学频率下工作的光子晶体具有复杂的纳米尺度特征，可以通过自下而上或自上而下的方法来制备。自上而下的制作过程适合于精确控制纳米尺度下的形状和尺寸，而多光束干涉光刻是一种应用尤其广泛的方法，美国北德克萨斯大学（University of North Texas）的Yuankun LIN等人以渐变光子晶体为例对全息制作方法进行了评述和说明。拓扑材料的特征是依赖于体波函数全局特性的拓扑不变量。由于光子晶体是具有能带结构的周期系统，它们是将拓扑材料的概念推广到光子学中的天然候选材料，几乎所有类型的电子拓扑材料都有与对应的其光子晶体结构，并且已经实现了设计、制造和表征。南京大学卢明辉教授等人综述了拓扑光子晶体领域的快速发展。值得注意的是，拓扑光子晶体不仅仅是电子拓扑材料的镜像对应物，还可以表现出光子学和电磁学所特有的拓扑现象，该篇综述中以拓扑非厄米体光子晶体和非线性光子晶体为例对此进行了讨论。在某些情况下，简单模型哈密顿量为拓扑光子晶体提供了很好的定性描述，然而这些模型通常只能在布里渊区的一小部分给出定量描述，并且由于拓扑不变量的全局性质，利用实际系统整个布里渊区的真实本征场计算拓扑不变量是非常重要的。在光子学研究中，这些本征场通常采用全波（full wave）软件包数值计算得到，布里渊区的积分可能是繁琐而棘手的。北京理工大学的路翠翠副教授等人开发了一种直接通用的数值计算方法，可以利用商业有限元软件包的输出来计算Chern数，这对于用真实材料开展实验研究的研究小组将尤其有用。

本期专刊的目录如下：

EDITORIAL

Photonic crystal and topological photonics provide new modulation degrees of freedom

Xiaoyong HU

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 1-1. https://doi.org/10.1007/s12200-020-1021-3

COMMENT

Photonic crystals and topological photonics

C.T. CHAN

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 2-3. https://doi.org/10.1007/s12200-020-1022-2

RESEARCH ARTICLE

Exciton polaritons based on planar dielectric Si asymmetric nanogratings coupled with J-aggregated dyes film

Zhen CHAI, Xiaoyong HU, Qihuang GONG

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 4-11. https://doi.org/10.1007/s12200-019-0940-3

Holographic fabrication of octagon graded photonic super-crystal and potential applications in topological photonics

Oliver SALE, Safaa HASSAN, Noah HURLEY, Khadijah ALNASSER, Usha PHILIPOSE, Hualiang ZHANG, Yuankun LIN

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 12-17. https://doi.org/10.1007/s12200-019-0941-2

REVIEW ARTICLE

Distributed feedback organic lasing in photonic crystals

Yulan FU, Tianrui ZHAI

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 18-34. https://doi.org/10.1007/s12200-019-0942-1

Research development on fabrication and optical properties of nonlinear photonic crystals

Huangjia LI, Boqin MA

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 35-49. https://doi.org/10.1007/s12200-019-0946-x

Topological photonic crystals: a review

Hongfei WANG, Samit Kumar GUPTA, Biye XIE, Minghui LU

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 50-72. https://doi.org/10.1007/s12200-019-0949-7

RESEARCH ARTICLE

Universal numerical calculation method for the Berry curvature and Chern numbers of typical topological photonic crystals

Chenyang WANG, Hongyu ZHANG, Hongyi YUAN, Jinrui ZHONG, Cuicui LU

Front. Optoelectron.. 2020, 13 (1): 73-88. https://doi.org/10.1007/s12200-019-0963-9

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（来源：科学网）