近期，我校理学院王继成副教授课题组在拓扑光子晶体编码与加密方面取得重要进展，研究成果“High-Capacity Corner State Encoding and Dual-Plane Switching Encryption based on Topological Photonic Crystals”发表于Laser & Photonics Reviews期刊。
5G技术通过提供更高的数据速率、更强的连接性和更大的网络容量，显著推动了无线通信的发展。然而，随着近期通信需求的快速增长，5G无法完全满足不断攀升的超高数据速率和近乎实时的低时延需求。这些不足加速了超越5G（Beyond-5G, B5G）系统的开发。B5G的关键发展方向之一是其可提供极大的带宽和显著的数据容量，对于未来无线网络至关重要。然而，毫米波的实际部署面临严重的信号衰减和环境干扰等挑战，迫切需要先进的光学控制技术等创新方法以提升传输性能。与此同时，拓扑光子学是一门新兴学科，利用拓扑保护态对光进行鲁棒操控，为当代通信领域的挑战提供了创新解决方案。拓扑光子晶体具有周期性结构，可产生光子带隙，这对光通信与信号处理应用至关重要。拓扑绝缘体可以支持边缘态和角态，对制造缺陷具有极强的鲁棒性，这种特性显著增强了它们的实际应用潜力。对高阶拓扑态的研究开辟了拓扑光子学的新方向，为设计适用于B5G通信的稳定光学谐振腔奠定了坚实基础。拓扑光子晶体角态独特的物理特性，特别是其在编码传输方面的潜力，为下一代通信技术提供了重要机遇。
江南大学理学院王继成课题组提出了面向B5G通信的可调高容量角态编码光子晶体结构。将具有独特拓扑特性的光子晶体构建为阵列，使光波特定频率局域在结构的角落处。这种特性实现了角态编码器对光波的精确局域化控制。该研究工作采用融合卷积神经网络（CNN）与长短期记忆网络（LSTM）的混合深度学习架构，可精准预测不同结构参数配置下光子晶体阵列在B5G频段内的角态编码性能。利用嵌套的单框架光子晶体阵列，通过调节四个激励源的相对相位，选择性增强或抑制每个角部的局域态。仿真和实验结果共同验证了四比特二进制编码在B5G通信中的精准调控。此外，开发了一种基于角态编码的双平面加密系统，显著提升了B5G通信的效率、安全性和实际应用能力。该系统解决了下一代无线通信中的关键挑战，为未来大容量、低时延、可靠安全的B5G应用提供了切实可行的光子解决方案。
理学院研究生孙航为第一作者，通信作者为理学院王继成副教授和中国矿业大学杨玉婷副教授。此研究工作得到国家重点研发计划国际合作交流项目（2024YFE107800）、国家自然科学基金（62205127）、江苏省自然科学基金（BK20231493）、江苏省先进光学制造技术重点实验室（KJS2272）等资助。
近年来，王继成副教授团队主要从事微纳光学、超表面与超材料、涡旋与成像光场调控、光电子传感与探测器件研究，围绕微纳光学与光电子器件“卡脖子”问题，在基于涡旋光场与拓扑光子晶体光场调控与加密、微纳光学超分辨成像与探测等应用上均取得突破，相关研究成果已发表在Laser & Photonics Reviews (2025)、Photonics Research (2025、2023)、Nanophotonics (2025)、Applied Physics Letters (2022、2021)、APL Photonics (2024)、Optics Letters (2025、2023、2021、2020)、Journal of Lightwave Technology (2025)、Photonic Sensors (2023)、Materials & Design (2024) 等本领域权威期刊。
论文链接：http://doi.org/10.1002/lpor.202501103
角态编码在B5G通信实现高容量编码器构建的应用
