拓扑光子学是光学的重要新兴分支,也是拓扑电子学在光学的延展。根据导带或价带是否有完整的空隙,拓扑相可以分成有间隙的和无间隙的。本论文主要讨论无间隙的光学拓扑半金属,如光学外尔半金属,光学nodal line半金属和光学狄拉克半金属,以及发掘这些拓扑半金属的奇特物理性质。主要研究内容如下:1.两个磁等离子体界面可任意伸缩的“费米弧”。当回旋共振频率超过等离子体频率时,磁等离子体材料的动量空间会形成两个手性相反的外尔点。基于外尔有效哈密顿量,分析了两磁等离子体界面“费米弧”的连接特性。通过改变两磁等离子体外加磁场的大小以及相对角度,从而实现对光学“费米弧”弧长以及角度的任意调控。提出4×4矩阵快速数值计算两个材料界面表面态的方法。2.实验观测光学沙漏型nodal line半金属。通过在人工设计超晶体中引入滑移对称操作,从而实现沙漏型的nodal line简并色散能带。并从空间对称性的角度解释了光学沙漏型nodal line半金属的形成机制。同时,在微波波段,实验上首次观测到了光学沙漏型nodal line半金属。3.利用克尔非线性实现光学奇异点。两个对称的克尔非线性光学谐振腔在外界入射光泵浦下,随着输入光强的增加,两个谐振腔的模式会自发的从对称向非对称演变。在非对称模式情况下,调节输入光强至合适强度时,会产生光学奇异点。在蜂窝状排列的克尔非线性谐振腔系统中,在动量空间的K和K′会产生光学奇异点,并且这种奇异点附近会产生不平庸的贝里曲率。