單向輻射對於各種光電應用（例如激光器，光柵耦合器和光學天線）很重要。 但是，幾乎所有現有的單向發射器都依賴於使用禁止出射波的材料或結構，即反射鏡，反射鏡通常笨重，有損且難以製造。
2020年4月22日，北京大學彭超團隊在Nature 在線發表題為”Observation of topologically enabled unidirectional guided resonances“的研究論文，該研究理論上提出並通過實驗證明了光子晶體平板中的一類共振，該共振僅向平板的一側輻射，而另一側沒有反射。這些共振（稱為“單向導向共振”）在本質上被發現是拓撲結構：當極化場中的一對半整數拓撲電荷在動量空間中相互反彈時，它們就會出現。該研究通過實現高達1.6×105的單邊輻射品質因數，通過實驗證明了電信領域中的單向引導共振。該研究通過遠場極化測量進一步證明了它們的拓撲性質。該研究工作代表了應用拓撲原理來控制光場的典型示例，並且可能會導致高能效的光柵耦合器和天線用於光檢測和測距。
另外，2019年10月23日，北京大學彭超團隊在Nature 在線發表題為"Topologically enabled ultrahigh-Q guided resonances robust to out-of-plane scattering"的研究論文，該研究從理論上提出並通過實驗證明了光子晶體平板中的一類引導共振，其中平面外散射損耗受其拓撲性質的強烈抑制。該研究工作為將來在具有開放邊界條件的系統中探索拓撲光子學及其在改進光子集成電路中的光電器件中的應用鋪平了道路（點擊閱讀）。
在微小尺度實現光束縛（light trapping），是構造光緩存、光邏輯和光量子計算的基礎。光場束縛一般由禁止光洩露的邊界環繞而成，即光學微腔。然而，馮▪諾伊曼和尤金▪維格納指出，即使允許光場逃逸，仍可在特定條件下實現光束縛，即所謂連續區束縛態（bound state in the continuum, BIC）；這類束縛態依賴特定的干涉相消條件。由於實際器件中的工藝誤差不可避免，理想相消條件被破壞，其光束縛能力必然隨之劣化。
拓撲學研究連續演化下的不變性質。2016年，諾貝爾物理學獎授予“物質的拓撲相變和拓撲相”相關工作，肯定了拓撲對於理解微觀奇異世界的重要作用。在光子學領域，也可用拓撲方法研究光子體系的內在性質：BIC本質上是光子偏振在動量空間纏繞的渦旋，即攜帶整數拓撲荷的拓撲缺陷。由於拓撲荷處偏振無法定義，即表現為光逃逸被完全禁止。
拓撲缺陷以量化的不變性為特徵，提供了現實空間中許多奇異現象的一般描述，例如超流體中的量子渦旋和奇異光束。最近發現，動量空間中也會出現拓撲缺陷，從而產生有趣的效果。一個這樣的例子是光子晶體平板中的連續區束縛態（bound state in the continuum, BIC）：這些引導的共振駐留在擴展輻射模式的連續光譜內，但是在空間上受到限制。自從最初提出BIC以來，BIC已在各種波動系統中得到證明，並已引起了各種應用。
最近，人們發現了光子晶體平板中BIC的拓撲缺陷性質：BIC是動量空間中極化主軸的渦旋，它們攜帶整數拓撲電荷。在旋渦中心缺乏對極化的連續定義，因此無法從BIC發射遠場輻射。到目前為止，大多數BIC都在上下鏡面對稱結構中得到了證明。在這種結構中，觀察不到向上的輻射就需要不存在向下的輻射。另一方面，單向導向共振（UGR）的存在（僅朝光子晶體平板的一側輻射，而另一側沒有放置鏡子）至今尚未得到證實。
該研究理論上提出並通過實驗證明了光子晶體平板中的一類共振，該共振僅向平板的一側輻射，而另一側沒有反射。這些共振（稱為“單向導向共振”）在本質上被發現是拓撲結構：當極化場中的一對半整數拓撲電荷在動量空間中相互反彈時，它們就會出現。該研究通過實現高達1.6×105的單邊輻射品質因數，通過實驗證明了電信領域中的單向引導共振。該研究通過遠場極化測量進一步證明了它們的拓撲性質。該研究工作代表了應用拓撲原理來控制光場的典型示例，並且可能會導致高能效的光柵耦合器和天線用於光檢測和測距。
參考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2181-4
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1664-7
