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西北大学齐新元团队提出了一种单片拓扑光子线路，将二次谐波生成和波长复用分离集成在同一平台上。利用有限元法进行电磁仿真，在一类带空气间隙调节边缘态的三明治波导异质结构中，同时在280.6 THz产生二次谐波，并通过拓扑上不同的路径引导基波和二次谐波：基波通过非平凡边缘态传播（近零背向散射），而二次谐波通过平凡边界模式传输（色散优化）。模拟结果显示分离效率超过99.88%，匹配当前拓扑隔离系统的最先进水平。双功能设计消除了混合组件的损耗，实现了归一化二次谐波效率 η= 139.4% W⁻¹cm⁻²。场分布图确认了基波/二次谐波输出的空间隔离，最小串扰抑制为 -29.2 dB。这项工作为量子频率转换和光子信号处理中的拓扑非线性光管理建立了可扩展的范例，可以有效提供提供拓扑光源。

左图：结构和横向磁（TM）带。(a) 复杂六角形拓扑光子晶体，内三角形边长为l，外三角形边长为 d。(b1) 对于 (d₀, l₀) = (0.22a,0.22a) 的能带结构。(b2) 对于 (d1, l1) = (0.2a,0.27a) 的能带结构。(c2)、(c3) 计算的三角形和五角星在 (d1, l1) 下能带结构的相位。(d2)、(d3) 计算的三角形和五角星在 (d₂, l₂) = (0.27a,0.2a) 下能带结构的相位。(e) 在 K 点下，第一和第二能隙相对于 Δ|ℎ|/a 的计算图。

右图：优化几何结构参数以同时实现相位匹配和空间分离。(a) 来源于图 2(a) 和 (d) 的组合色散曲线。(b) 当 d₂₋₅ = [0.27, 0.26, 0.25, 0.24]a 且 l₃ = 0.12a 时，色散随 Δℎ/a 的变化。橙色圆圈/绿色方块：在 (a) 中 k_xa = −π处的值。蓝色方块：(a) 中蓝/红虚线曲线的交点。(c) 具有空气间隙 g 的拓扑光子晶体示意图。(d) 对于 (d₅, l₃) 及不同间隙的 FW/SHW 色散：五角星 f₅ − f₂：在 g₅ = 0（红/蓝）、g₄ = √2d₅/7（红/黄）、g₃ = √2d₅/6（红/深紫）、g₂ = √2d₅/₅（红/浅蓝）处的交点。(a, b) 中阴影区域表示同时实现 FW/SHW 产生和分离的操作范围。

相关工作即将发表在国际知名学术期刊Photonics Research上.