Hybrydowe stany związane w kontinuum w metapowierzchniach terahercowych

Hybrydowe stany związane w kontinuum w metapowierzchniach terahercowych

Znacznik czasu: 26 maja 2023 r. 4:19
Węzeł źródłowy: 2678150
26 maja 2023 r. (Wiadomości Nanowerk) Współczynnik jakości (Q) jest krytycznym parametrem charakteryzującym siłę oddziaływań światło-materia. Wnęki o wyższych współczynnikach jakości mają zdolność skutecznego ograniczania światła, a tym samym wzmacniania interakcji światło-materia. Ta funkcja ma istotne znaczenie w różnych zastosowaniach, takich jak lasery, filtry, generowanie harmonicznych i czujniki. Zaproponowano różne schematy mające na celu poprawę czynników jakościowych w mikrownękach, takich jak dyskietki, mikrowgłębienia reflektora Bragga i kryształy fotoniczne. Nad stożkiem świetlnym struktur pasmowych dostępne są także stany związane bez promienistego wycieku energii, czyli stany związane w kontinuum (BIC). BIC zapewnia uogólnioną metodę uzyskiwania rezonansów czynnikowych o ultrawysokiej jakości, stając się w ten sposób potężnym mechanizmem wzmacniającym interakcje światło-materia, który znalazł zastosowanie w laserach niskoprogowych, wykrywaniu wielospektralnym i generowaniu wysokich harmonicznych. Hybrydowe stany związane w sieciach kontinuum Rys. 1 Hybrydowe sieci BIC. (ac) Schemat ideowy sieci BIC zabezpieczonej przed symetrią bez kanału promieniowania (a), jednolitej sieci quasi-BIC z kanałem promieniowania otwartym dla wszystkich rezonatorów poprzez złamanie symetrii (b) i hybrydowej sieci quasi-BIC z wymienną połową otwartego kanału promieniowania wzdłuż osi x (c). (© Opto-Electronic Science) W przypadku typowego BIC istnieje kwadratowa zależność ilościowa pomiędzy Q a wektorem falowym (k) i zwykle niewielkie zaburzenie k prowadziłoby do szybkiego pogorszenia Q. Jednakże defekty i zaburzenia są nieuniknione wprowadzane podczas przetwarzania, które znacznie zmniejszają współczynnik jakości rezonansów w rzeczywistych próbkach. Pomysł połączenia BIC zaczyna się od modulowania współczynnika wykładniczego pomiędzy Q i k (od -2 do -6), co w dużym stopniu łagodzi tempo pogarszania się Q i zapewnia bardzo skuteczny mechanizm. Jednak to podejście wymaga precyzyjnej kontroli wymiarów geometrycznych mikrostruktur i ma zastosowanie tylko do struktur pasmowych, które jednocześnie mają zabezpieczone przed symetrią i przypadkowe BIC, z dość surowymi wymaganiami. Niedawno grupa Longqing Conga z Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii (SUSTech) zaproponowała bardziej uogólnione podejście mające na celu poprawę ogólnych czynników jakości i solidności BIC chronionego symetrią. W przeciwieństwie do konwencjonalnego podejścia polegającego na osiągnięciu quasi-BIC poprzez równomierne łamanie symetrii rezonatorów w całej sieci metamateriały (patrz ryc. 1a i b), selektywnie utrzymują lokalną symetrię C2 całej sieci, dzięki czemu można zmniejszyć straty radiacyjne i poprawić współczynnik jakości układu (patrz ryc. 1c). Znacząca poprawa Q hybrydowych sieci BIC i odporność na niedoskonałości produkcyjne Ryc. 2 Znacząca poprawa Q hybrydowych sieci BIC i odporność na niedoskonałości produkcyjne. ( a ) Ewolucja radiacyjnego Q w zależności od stopnia asymetrii dla sieci U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC i Hq-BIC. Ogólne współczynniki jakości ulegają poprawie w hybrydowych ogniwach elementarnych o niższej gęstości promieniowania. (b) Wpływ niedoskonałości produkcji na czynniki jakości w czterech scenariuszach. (© Opto-Electronic Science) Jest to uogólniona metoda, którą można rozszerzyć na dowolny BIC chroniony symetrią, bez wymagań dotyczących dokładnego projektu geometrycznego lub selektywności pasma. Jak wynika z analizy jakościowej i ilościowej, hybrydowa sieć BIC może osiągnąć współczynnik jakości ponad 14.6 razy wyższy niż sieć konwencjonalna (rys. 2a). Zwiększając współczynnik proporcjonalności między Q i k, poprawia się odporność współczynnika jakości hybrydowych metapowierzchni BIC na zaburzenia i inne zakłócenia, skutecznie ograniczając w ten sposób pogorszenie współczynnika jakości w rzeczywistych urządzeniach. Zapewnia to bardziej uogólnione i proste podejście do osiągnięcia współczynnika wysokiej jakości (ryc. 2b). Dzięki analizie przestrzeni wzajemnej sieci, hybrydowa sieć BIC może jednocześnie złożyć stany własne punktów X, Y i M jednolitej sieci BIC do punktu Γ, dzięki czemu w promieniowaniu pola dalekiego można zaobserwować wielokrotne rezonanse Fano (ryc. 3). Uogólniony hybrydowy BIC wysokiego rzędu Ryc. 3 Uogólniony hybrydowy BIC wysokiego rzędu. ( a, b ) Obrazy mikroskopowe metapowierzchni Ht-BIC i Hq-BIC z trzema i jednym asymetrycznym rezonatorem z czterech odpowiednio w superkomórce 2 × 2, a okres wynosi 2a wzdłuż obu osi x i y. Pasek skali, 20 µm. (c) Schematyczny diagram fałdowania pasma od sieci U-qBIC (czarna) do Ht-BIC/Hq-BIC (czerwona) w strefie Brillouina. ( d ) Symulowane widma amplitudy transmisji metapowierzchni Ht-BIC (po lewej) i Hq-BIC (po prawej) przy stopniu asymetrii 2.97, XNUMX%. (© Opto-Electronic Science) Wiele wysokiej jakości rezonansów czynnikowych Fano jest bardzo ważnych w generowaniu impulsów, wykrywaniu, komunikacji itp., szczególnie dla rozwoju wykrywania i komunikacji bezprzewodowej nowej generacji opartej na fotonice terahercowej. Daje to nowatorskie spojrzenie na łączenie metapowierzchni i fotoniki terahercowej, aby ułatwić ich rozwój w różnych dziedzinach. Prace te w jeszcze większym stopniu wzbogacą fizyczne implikacje BIC i poszerzą perspektywę metamateriałów i fotoniki terahercowej. Zespół opublikował swoje odkrycie w Nauka optoelektroniczna („Hybrydowe stany związane w kontinuum metapowierzchni terahercowych”).

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk