近年来随着量子霍尔效应的发现,拓扑物理学飞速发展。拓扑概念的引入为物理研究提供了一个全新的平台,拓扑物态在凝聚态系统的中取得很多成就。因此受凝聚态物理学进展的推动,最近在光学、声学和机械系统中出现大量对于拓扑态的研究。拓扑光子学因其灵活的结构设计和能量传输方面的巨大潜力,为实现奇异的拓扑模型和探索开发拓扑效应提供了全新的方式。光子晶体是一种由不同折射率的介质呈周期性排列而构成的人工超材料,当光波在光子晶体中传播时,由于受到周期性势场的调制,光子的本征能量形成了能带结构。由于光子晶体波段范围广,相互作用弱,人工结构容易满足任何需要的对称性,因此是研究拓扑光子学的一个良好平台。光子拓扑学中最重要的性质是体边对应关系,该性质源于量子霍尔效应在边界处具有定向的导电模式,由于其低耗散、抗干扰的输运性质,具有很大的应用前景。论文中使用了两种具有相同能带结构的方形光子晶体。通过调节介质柱的分布距离实现结构的拓扑相变,在两种方形晶体的界面处形成螺旋边态。同时改变光子晶体中介质柱半径产生频率处于带隙的腔模,拓扑边态与光腔形成特殊的耦合-输运方式。本文创新地实现了拓扑光子学与生物检测的结合,所设计的光生传感器能在不牺牲低检测极限的情况下实现非常高的灵敏度,突破了传统生物传感器中两种性质的对立限制。同时系统采用受拓扑保护的边界态传输,对于散射和一般的制造缺陷具有更强的抗干扰性,并可在单次检测中区分多种疾病标记物。