人工设计的光子学器件在超分辨、生物传感、光通信等领域都取得了卓越的成就。传统光子学器件的设计往往是通过分析物理模型和建立数值模拟方法实现的，但是基于数值模拟方法的结构设计很大程度上依赖于经验模型，同时在结构优化的过程中需要计算大量的参数组合，因此通常只能在有限的参数空间得到次优的结果。光子学器件的逆向设计有效的解决了上述问题。逆向设计方法可以在更广阔的参数空间寻找最优结构分布，还可以设计人脑无法直观设计的不规则结构，这使得光子学器件的性能更接近极限。本文介绍了光子学器件逆向设计的常用方法及基于逆向设计的几个重要应用。逆向设计方法有望促进集成光学及光场调控领域的发展。

受凝聚态拓扑绝缘体研究的启发，整数量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应、拓扑半金属、高阶拓扑绝缘体等拓扑物理相继在光学系统中实现。光子系统因能带干净，样品设计简单且制作精度高等优势，逐渐成为研究物理拓扑模型和新型拓扑效应的重要平台。拓扑光子学提供了全新的调控光场和操控光子的方法，其拓扑保护的边界态可实现光子对材料杂质缺陷免疫的传播，这种传统光子系统不具备的理想的传输态有望驱动新型光学集成器件的变革。本文将从二维光学体系出发，简要介绍几种典型的光拓扑绝缘体的最新进展，例如光整数量子霍尔效应、光量子自旋霍尔效应、光Floquet拓扑绝缘体、拓扑安德森绝缘体和高阶拓扑绝缘体。文中重点介绍了上述几种光拓扑绝缘体的拓扑模型及其新型的拓扑现象，并在最后展望了新型光学拓扑效应及其在光学器件中的应用前景。

随着微纳加工技术的发展，超表面在亚波长尺度对电磁波的多维度调控展现出传统光学器件难以比拟的优势。基于电介质硅纳米柱结构构建了具有双频带响应的超表面，利用微结构对不同偏振入射光反射系数的差异，通过构建梯度几何相位实现了双波长下的异常反射；同时设计了超表面灰度成像阵列，在近红外波段实现了对正交偏振态和双波长入射具有不同响应的正负灰度图像。文中提出的超表面设计为基于超表面的多功能集成技术的发展奠定了基础。

Topological photonics provides a new opportunity for the examination of novel topological properties of matter, in which the energy band theory and ideas in topology are utilized to manipulate the propagation of photons. Since the discovery of topological insulators in condensed matter, researchers have studied similar topological effects in photonics. Topological photonics can lead to materials that support the robust unidirectional propagation of light without back reflections. This ideal transport property is unprecedented in traditional optics and may lead to radical changes in integrated optical devices. In this review, we present the exciting developments of topological photonics and focus on several prominent milestones of topological phases in photonics, such as topological insulators, topological semimetals, and higher-order topological phases. We conclude with the prospect of novel topological effects and their applications in topological photonics.