近日，物理学院陈峰教授团队在拓扑光子学和非线性光学领域取得重要进展，成功在铁掺杂铌酸锂（Fe:LiNbO₃）波导阵列中实现了多重拓扑边界孤子的光伏非线性调谐。相关成果以“Nonlinear tuning of multiple topological edge states in photovoltaic photonic lattices”为题发表在权威期刊《Science Bulletin》（中科院一区TOP期刊，影响因子18.8）上。山东大学博士研究生陈瑞昌为该工作的第一作者，山东大学特别资助类博士后燕文超、谭杨教授和陈峰教授为该工作的共同通讯作者，山东大学为唯一作者单位。

拓扑光子学作为近年来快速发展的前沿交叉领域，通过融合拓扑学理论框架与光学体系，成功突破了传统光学的模式限制，为光场调控开辟了全新维度。相较于凝聚态体系中的传统拓扑绝缘体，光子拓扑绝缘体具有独特的非线性响应特性，为探索拓扑边界孤子、非线性诱导拓扑相变等前沿科学问题提供了理想平台。目前，拓扑光子学与非线性光学的融合已经取得了一些突破性进展，然而，在具有多个拓扑带隙的复杂系统中，拓扑态与自散焦非线性之间的相互作用机制，尤其是多重拓扑边界孤子的生成原理与动态调控规律，仍然是制约该领域发展的关键科学难题。

针对这一难题，该团队采用了Fe:LiNbO₃波导阵列作为实验平台。Fe:LiNbO₃晶体是一种具有优异光电性能的非线性（光折变）光学材料，其独特的体光伏效应可以产生驱动电光效应的内部电场，实现自散焦非线性的实时动态调谐。通过离子注入与选择性光诱导的协同制备技术，在Fe:LiNbO₃晶体中构建了具有双拓扑带隙特征的一维光伏光子晶格，在双带隙内实现了由线性平方根拓扑边界态衍生出的多重拓扑边界孤子，揭示了光伏非线性作用下的拓扑边界孤子的形成机制。此外，通过控制非线性强度变化，该团队成功实现了多重拓扑态的实时动态精密调控，在复杂体系中观测到了完整的多重拓扑态的自散焦非线性演化过程，成功演示了局域化与非局域化态的可控切换。

该研究为非线性拓扑领域的研究提供了新的材料平台，对深入探索其它有重要科学意义的非线性现象有重要的参考价值，为新型光子器件研发及信息处理开辟了一条新的途径。

该研究获得了国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目、山东省泰山学者攀登计划等的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.03.018