Гибридные связанные состояния в континууме терагерцовых метаповерхностей

26 мая 2023 г.Новости Наноуэрк) Добротность (Q) — критический параметр, характеризующий силу взаимодействия света и материи. Полости с более высокой добротностью обладают способностью эффективно ограничивать свет и, таким образом, улучшать взаимодействие света и вещества. Эта функция имеет важное значение в различных приложениях, таких как лазеры, фильтры, генераторы гармоник и датчики. Были предложены различные схемы улучшения добротности в микрорезонаторах, таких как микродиски, микрорезонаторы брэгговского отражателя и фотонные кристаллы. Выше светового конуса зонных структур также доступны связанные состояния без радиационной утечки энергии, а именно связанные состояния в континууме (BIC). BIC обеспечивает обобщенный метод получения резонансов сверхвысокой добротности, тем самым становясь мощным механизмом для улучшения взаимодействия света и материи, который нашел применение в низкопороговых лазерах, многоспектральном зондировании и генерации высоких гармоник. Рис. 1. Гибридные решетки BIC. (ac) Принципиальная схема решетки BIC с защищенной симметрией без канала излучения (a), однородная решетка квазиBIC с каналом излучения, открытым для всех резонаторов путем нарушения симметрии (b), и гибридная решетка квази-BIC с открытой перестановкой половины каналов излучения. вдоль оси х (в). (© Opto-Electronic Science) Для типичного BIC существует квадратичная количественная зависимость между Q и волновым вектором (k), и обычно малейшее нарушение k приводит к быстрому ухудшению Q. Однако дефекты и нарушения неизбежны. вносимые при обработке, которые значительно снижают добротность резонансов в реальных образцах. Идея объединения BIC начинается с модуляции экспоненциального коэффициента между Q и k (от -2 до -6), что в значительной степени снижает скорость ухудшения Q и обеспечивает очень эффективный механизм. Но этот подход требует точного контроля геометрических размеров микроструктур и применим только к ленточным структурам, имеющим одновременно защищенные по симметрии и случайные БИК, с достаточно жесткими требованиями. Недавно группа Лунцина Конга из Южного университета науки и технологий (SUSTech) предложила более общий подход для улучшения общих показателей качества и надежности BIC, защищенного симметрией. В отличие от традиционного подхода к достижению квази-БИК путем нарушения симметрии резонаторов равномерно по всей решетке метаматериалы (см. рис. 1а и б), они избирательно поддерживают локальную симметрию C2 всей решетки, что позволяет уменьшить радиационные потери и повысить добротность решетки (см. рис. 1в). Рис.2. Значительное улучшение добротности гибридных решеток BIC и устойчивость к дефектам изготовления. (а) Эволюция радиационной добротности в зависимости от степени асимметрии для решеток U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC и Hq-BIC. Общие показатели качества улучшаются в гибридных элементарных ячейках с меньшей плотностью излучения. (б) Влияние несовершенства изготовления на факторы качества в четырех сценариях. (© Opto-Electronic Science) Это обобщенный метод, который можно распространить на любой BIC, защищенный симметрией, без требований точного геометрического проектирования или избирательности полос. По данным качественного и количественного анализа, гибридная решетка BIC может достичь добротности более чем в 14.6 раз выше, чем у обычной решетки (рис. 2а). За счет увеличения коэффициента пропорциональности между Q и k повышается устойчивость гибридных метаповерхностей BIC к нарушениям и другим помехам, тем самым эффективно снижая ухудшение добротности реальных устройств. Это обеспечивает более обобщенный и простой подход к достижению добротности (рис.2б). Посредством анализа решетки в обратном пространстве гибридная решетка BIC может одновременно складывать собственные состояния точек X, Y и M однородной решетки BIC в точку Γ, так что в излучении дальнего поля можно наблюдать множественные резонансы Фано. (рис. 3). Рис.3 Обобщенный гибридный BIC высокого порядка. (а, б) Микроскопические изображения метаповерхностей Ht-BIC и Hq-BIC с тремя и одним асимметричными резонаторами из четырех в суперячейке 2×2 соответственно и периодом 2a по осям x и y. Масштабная линейка, 20 мкм. (в) Схематическая диаграмма сворачивания зон от решетки U-qBIC (черный) до Ht-BIC/Hq-BIC (красный) в зоне Бриллюэна. (г) Моделирование амплитудных спектров пропускания метаповерхностей Ht-BIC (слева) и Hq-BIC (справа) при степени асимметрии 2.97%. (© Opto-Electronic Science) Множественные резонансы Фано с высоким коэффициентом добротности очень важны для генерации импульсов, зондирования, связи и т. д., особенно для развития зондирования и беспроводной связи следующего поколения на основе терагерцовой фотоники. Это открывает новый взгляд на объединение метаповерхностей и терагерцовой фотоники, чтобы облегчить их развитие в различных областях. Эта работа еще больше обогатит физическое значение BIC и расширит перспективы метаматериалов и терагерцовой фотоники. Команда опубликовала свое открытие в Оптоэлектронная наука («Гибридные связанные состояния в континууме в терагерцовых метаповерхностях»).

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Покупайте и продавайте акции компаний PREIPO® с помощью PREIPO®. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63062.php