Estados unidos híbridos en el continuo en metasuperficies de terahercios

Estados unidos híbridos en el continuo en metasuperficies de terahercios

Marca de tiempo: 26 de mayo de 2023 4:19 a.m.
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26 de mayo de 2023 (Noticias de Nanowerk) El factor de calidad (Q) es un parámetro crítico que caracteriza la fuerza de las interacciones luz-materia. Las cavidades con factores de mayor calidad tienen la capacidad de confinar la luz de manera eficiente y así mejorar las interacciones luz-materia. Esta característica tiene una importancia significativa en diversas aplicaciones, como láseres, filtros, generación de armónicos y sensores. Se han propuesto diferentes esquemas para mejorar los factores de calidad en microcavidades, como microdiscos, microcavidades reflectoras de Bragg y cristales fotónicos. Por encima del cono de luz de las estructuras de bandas también son accesibles estados ligados sin fuga radiativa de energía, concretamente estados ligados en el continuo (BIC). BIC proporciona un método generalizado para obtener resonancias de factores de calidad ultraalta, convirtiéndose así en un poderoso mecanismo para mejorar las interacciones luz-materia que han encontrado aplicaciones en láseres de bajo umbral, detección multiespectral y generación de altos armónicos. Estados ligados híbridos en las redes continuas. Fig. 1 Redes BIC híbridas. (ac) Diagrama esquemático de una red BIC protegida por simetría sin canal de radiación (a), una red cuasi-BIC uniforme con canal de radiación abierto para todos los resonadores rompiendo la simetría (b) y una red cuasi-BIC híbrida con medio canal de radiación abierto intercambiando a lo largo del eje x (c). (© Opto-Electronic Science) Para un BIC típico, existe una relación cuantitativa cuadrática entre Q y el vector de onda (k), y normalmente una pequeña perturbación en k conduciría a un rápido deterioro de Q. Sin embargo, los defectos y trastornos son inevitables. introducidos durante el procesamiento que reducen en gran medida el factor de calidad de las resonancias en muestras reales. La idea de fusionar BIC comienza modulando el coeficiente exponencial entre Q y k (de -2 a -6), lo que alivia en gran medida la tasa de deterioro de Q y proporciona un mecanismo muy eficaz. Pero este enfoque requiere un control preciso de las dimensiones geométricas de las microestructuras y solo es aplicable a estructuras de bandas que tienen simultáneamente BIC protegidos por simetría y accidentales, con requisitos bastante estrictos. Recientemente, el grupo de Longqing Cong de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur (SUSTech) propuso un enfoque más generalizado para mejorar los factores de calidad generales y la solidez del BIC protegido por simetría. A diferencia del enfoque convencional de lograr cuasi-BIC rompiendo la simetría de los resonadores de manera uniforme en toda la red de metamateriales (ver Fig. 1a y b), mantienen selectivamente la simetría C2 local de toda la red para que la pérdida radiativa pueda disminuir y mejorar el factor de calidad de la matriz (ver Fig. 1c). Mejora significativa de Q en celosías BIC híbridas y robustez frente a imperfecciones de fabricación Fig.2 Mejora significativa de Q en celosías BIC híbridas y robustez frente a imperfecciones de fabricación. ( a ) Evolución del Q radiativo versus el grado de asimetría para las redes U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC y Hq-BIC. Los factores de calidad generales mejoran en las celdas unitarias híbridas con una menor densidad de radiación. (b) Influencias de la imperfección de fabricación sobre los factores de calidad en los cuatro escenarios. (© Opto-Electronic Science) Este es un método generalizado que podría extenderse a cualquier BIC protegido por simetría sin requisitos de diseño geométrico preciso o selectividad de banda. Según el análisis cualitativo y cuantitativo, la red BIC híbrida puede alcanzar un factor de calidad más de 14.6 veces mayor que el de la red convencional (Fig. 2a). Al aumentar el coeficiente proporcional entre Q y k, se mejora la robustez del factor de calidad de las metasuperficies BIC híbridas contra trastornos y otras perturbaciones, reduciendo así de manera efectiva el deterioro del factor de calidad en los dispositivos reales. Esto proporciona un enfoque más generalizado y simple para lograr un factor de alta calidad (Fig.2b). Mediante el análisis espacial recíproco de la red, la red BIC híbrida puede plegar simultáneamente los estados propios de los puntos X, Y y M de la red BIC uniforme hasta el punto Γ, de modo que se puedan observar múltiples resonancias de Fano en la radiación de campo lejano. (Fig. 3). BIC híbrido generalizado de alto orden Fig.3 BIC híbrido generalizado de alto orden. ( a, b ) Imágenes microscópicas de metasuperficies Ht-BIC y Hq-BIC con tres y uno resonadores asimétricos de cuatro en una supercélula de 2 × 2, respectivamente, y el período es 2a a lo largo de los ejes x e y. Barra de escala, 20 µm. (c) Diagrama esquemático del plegado de bandas desde la red U-qBIC (negro) a Ht-BIC/Hq-BIC (rojo) en la zona de Brillouin. ( d ) Espectros de amplitud de transmisión simulados de las metasuperficies Ht-BIC (izquierda) y Hq-BIC (derecha) con un grado de asimetría del 2.97%. (© Opto-Electronic Science) Las resonancias Fano de factor de alta calidad múltiples son muy importantes en la generación de pulsos, la detección, la comunicación, etc., especialmente para el desarrollo de la detección y la comunicación inalámbrica de próxima generación basada en la fotónica de terahercios. Esto ofrece conocimientos novedosos sobre la fusión de metasuperficies y la fotónica de terahercios para facilitar su desarrollo en diversos campos. Este trabajo enriquecerá aún más la implicación física de BIC y ampliará la perspectiva de los metamateriales y la fotónica de terahercios. El equipo publicó su hallazgo en Ciencias optoelectrónicas (“Estados ligados híbridos en el continuo en metasuperficies de terahercios”).

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