光子晶体中的拓扑相变源自于其能带结构中带隙的打开-闭合-再打开，其中伴随着能带结构中带序(或本征态)之间的交换。本文探讨了偏置磁场方向对磁性光子晶体能带结构的影响，它在构建拓扑边界态中的作用以及对边界态特性的影响。结果表明：反转偏置磁场方向会导致能量不同但宇称相同的本征态之间的交换，这种交换为构造不同特性的拓扑边界态(如多重边界态等)提供了更多选择性。根据边界两侧光子晶体能带结构的相对关系，可以预测在边界上是否出现拓扑边界态以及边界态的主要特性。

图1 正向和反向偏置磁场时，Г点处四个本征态的电场相位分布和磁场(反转偏置磁场的方向将使得本征态的电场相位和磁场在形式上出现p+和p-，d+和d-之间的交换)

为保证测量系统的长期稳定性和复现性，真空计量将使用气体密度来表征。利用法布里-珀罗腔可实现对气体折射率的精密测量、并反演得出气体密度。这种基于光学方法的真空计量方法是将气体宏观介电常数与原子微观极化参数联系在一起，由量子标准取代目前基于水银压力计的实物标准。本文讨论了气体折射率至气体压力的反演过程，并采用激光锁定法布里-珀罗腔的方法测定稀薄氩气的折射率，讨论了相关参数对所测得气体压力不确定度的贡献。在1个大气压范围内，对氩气压力测量的标准不确定度为u=[((6mPa)²+(73×10^-6p)² )]^1/2。

图1 计算压力与充气压力的偏差

同行评价

通过测量气体的折射率，进而获得气体的密度，利用密度与压力的热力学关系，获得压力的绝对值，是一种有意义的技术探索。新的技术使得压力的测量可溯源至基本物理常数，与历史上溯源至水银质量的技术路径完全不同。水俣公约的实施，将使得水银的商业生产断绝。因此，替代水银基准的研究具有很实际的意义。

基于声子晶体拓扑特性构造的弹性波拓扑态在波调控方面具有背散射抑制和路径缺陷免疫等优异特性，受到广泛关注。本文设计了一种声子晶体板结构，通过在初始元胞中引入具有一定旋转角度的三角形穿孔实现对称性破缺，从而构造四重简并态。与现有利用能带“区域折叠”进行构造的方法相比，该方法简化了声子晶体的元胞构型。元胞的主要变量为三角形穿孔围绕其中心旋转角度θ，研究发现，旋转角度θ=0°时，元胞能带结构存在两个二重简并态，调整旋转角度到±33°时，布里渊区中心Γ点处出现四重简并态，并发现旋转角度越过±33°时均会发生能带反转，这表明调整晶体结构参数θ使得体系经历拓扑相变。利用具有不同拓扑相的声子晶体组成超元胞，并通过计算其投影能带，发现能带结构中存在弹性波带隙以及不同赝自旋方向的两种边界态。在此基础上，构造多种不同类型的弹性声子晶体板，验证了拓扑边界态对弹性波传播的强背散射抑制、缺陷免疫单向传播和多波导通道开关特性。本文中所设计的弹性声子晶体板具有结构简单、特性易调的特点，为利用拓扑态实现弹性波调控提供了一个可行方案。

图1 三角形穿孔声子晶体板在不同旋转角度下的能带结构与本征态z方向位移场分布 (a) θ=0°，p±模位于d±模下方，左侧插图为Pz=0点所对应的水平剪切模振型，右侧插图为p±和d±模态的位移场分布和振型，能带结构中用不同颜色表示Pz极化指标；(b) θ=33°，偶然简并形成双狄拉克锥，右侧插图为p±和d±模态的位移场分布；(c) θ=33°，p±模位于d±模上方

近年来，拓扑声学引起了人们的广泛关注，相关研究很快推广到板波体系。板波声子晶体的拓扑物性研究集中在谷霍尔效应和量子自旋霍尔效应的类比上。本文研究了板波体系的类量子自旋霍尔效应，其中拓扑相变通过旋转三角形散射体实现，这种实现机制借鉴了之前实现谷霍尔相变的思路。与利用能带的“区域折叠”进行构造拓扑相变的方法相比，这种方法非常简单，并且简化了声子晶体的尺寸规模。

铌酸锂晶体具有卓越的电光和非线性光学性质，一直以来都被认为是最有前景的集成光子学基质材料之一。也正是由于铌酸锂晶体多方面优良的光学性能，近年来新兴的铌酸锂薄膜技术在集成光子学的研究中受到了极大的关注。借助于先进的微纳加工技术，许多高性能的铌酸锂集成光子学器件已经得以实现。本文总结了几种微纳加工技术在基于铌酸锂薄膜的片上光子学器件制备中的应用，介绍了铌酸锂薄膜片上光子学器件的最新进展，并展望了其在集成光子学研究中的潜在应用。

图1 晶片直接键合制备单晶 LN 薄膜流程图

基于铌酸锂薄膜的集成光子学在未来高速光通讯和光信息处理以及光量子集成器件等多个研究领域都具有重要的应用价值和发展潜能，相关的微纳光子器件也在近年来得到了迅猛发展。本文简要回顾了铌酸锂薄膜技术的发展，介绍了多种片上光子学器件的微纳加工和制备工艺，并总结了相关的集成光子学应用。文章构架比较合理，内容简明扼要且重点突出，具有一定的前沿性和及时性。

《物理学报》2020年第15期全文链接：

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2020/15