Terahertz metasurfaces sürekliliğinde hibrit bağlı durumlar

Terahertz metasurfaces sürekliliğinde hibrit bağlı durumlar

Zaman Damgası: 26 Mayıs 2023 4:19
Kaynak Düğüm: 2678150
26 Mayıs 2023 (Nanowerk Haberleri) Kalite faktörü (Q), ışık-madde etkileşimlerinin gücünü karakterize eden kritik bir parametredir. Daha yüksek kalite faktörlerine sahip boşluklar, ışığı verimli bir şekilde sınırlandırma ve böylece ışık-madde etkileşimlerini artırma yeteneğine sahiptir. Bu özellik lazerler, filtreler, harmonik üretimi ve sensörler gibi çeşitli uygulamalarda büyük önem taşımaktadır. Mikro diskler, Bragg reflektör mikro boşlukları ve fotonik kristaller gibi mikro boşluklardaki kalite faktörlerini iyileştirmek için farklı şemalar önerilmiştir. Bant yapılarının ışık konisinin üzerinde, ışınımsal enerji sızıntısı olmayan bağlı durumlara, yani süreklilikteki bağlı durumlara (BIC) da erişilebilir. BIC, ultra yüksek kalitede faktör rezonansları elde etmek için genelleştirilmiş bir yöntem sağlar ve böylece düşük eşikli lazerlerde, çoklu spektral algılamada ve yüksek harmonik üretiminde uygulamalar bulmuş olan ışık-madde etkileşimlerini geliştirmek için güçlü bir mekanizma haline gelir. Süreklilik kafeslerindeki hibrit bağlı durumlar Şekil 1 Hibrit BIC kafesleri. (ac) Radyasyon kanalı olmayan simetri korumalı BIC kafesinin şematik diyagramı (a), simetriyi kırarak tüm rezonatörler için açık radyasyon kanalına sahip tekdüze yarı-BIC kafesi (b) ve yarı radyasyon kanalı açık değişimli hibrit yarı-BIC kafesi x ekseni (c) boyunca. (© Opto-Electronic Science) Tipik bir BIC için, Q ile dalga vektörü (k) arasında ikinci dereceden niceliksel bir ilişki vardır ve genellikle k'deki küçük bir bozukluk, Q'nun hızlı bir şekilde bozulmasına yol açar. Ancak kusurlar ve bozukluklar kaçınılmaz olarak ortaya çıkar. Gerçek örneklerdeki rezonansların kalite faktörünü büyük ölçüde azaltan işleme sırasında tanıtılır. BIC'i birleştirme fikri, Q ve k arasındaki üstel katsayının (-2'den -6'ya) modüle edilmesiyle başlar; bu, Q'nun bozulma oranını büyük ölçüde hafifletir ve çok etkili bir mekanizma sağlar. Ancak bu yaklaşım, mikro yapıların geometrik boyutlarının hassas kontrolünü gerektirir ve yalnızca simetri korumalı ve tesadüfi BIC'lere sahip olan ve oldukça zorlu gereksinimlere sahip bant yapılarına uygulanabilir. Son zamanlarda, Longqing Cong'un Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki (SUSTech) grubu, simetri korumalı BIC'nin genel kalite faktörlerini ve sağlamlığını iyileştirmek için daha genelleştirilmiş bir yaklaşım önerdi. Rezonatörlerin simetrisini tüm kafes boyunca eşit şekilde kırarak yarı BIC elde etmeye yönelik geleneksel yaklaşımın aksine metamalzemeler (bkz. Şekil 1a ve b), tüm kafesin yerel C2 simetrisini seçici olarak korurlar, böylece ışınım kaybı azaltılabilir ve dizinin kalite faktörü geliştirilebilir (bkz. Şekil 1c). Hibrit BIC kafeslerinde önemli Q iyileştirmesi ve üretim kusurlarına karşı sağlamlık Şekil 2 Hibrit BIC kafeslerinde önemli Q iyileştirmesi ve üretim kusurlarına karşı sağlamlık. (a) U-qBIC, Ht-BIC, Hx-BIC ve Hq-BIC kafesleri için ışınımsal Q'nun asimetri derecesine karşı evrimi. Genel kalite faktörleri, daha düşük radyasyon yoğunluğuna sahip hibrit birim hücrelerde iyileştirilir. (b) Dört senaryoda üretim kusurlarının kalite faktörleri üzerindeki etkileri. (© Opto-Electronic Science) Bu, doğru geometrik tasarım veya bant seçiciliği gerekmeden herhangi bir simetri korumalı BIC'ye genişletilebilecek genelleştirilmiş bir yöntemdir. Niteliksel ve niceliksel analize göre, hibrit BIC kafesi, geleneksel kafese göre 14.6 kat daha yüksek bir kalite faktörüne ulaşabilir (Şekil 2a). Q ve k arasındaki orantısal katsayıyı artırarak, hibrit BIC meta yüzeylerinin bozukluklara ve diğer bozulmalara karşı kalite faktörü sağlamlığı iyileştirilir, böylece gerçek cihazlardaki kalite faktörünün bozulması etkili bir şekilde azaltılır. Bu, yüksek kaliteli bir faktöre ulaşmak için daha genelleştirilmiş ve basit bir yaklaşım sağlar (Şekil 2b). Kafesin karşılıklı uzay analizi yoluyla, hibrit BIC kafesi, tekdüze BIC kafesinin X, Y ve M noktalarının öz durumlarını eşzamanlı olarak Γ noktasına katlayabilir, böylece uzak alan radyasyonunda birden fazla Fano rezonansı gözlemlenebilir. (Şek. 3). Genelleştirilmiş yüksek dereceli hibrit BIC Şekil 3 Genelleştirilmiş yüksek dereceli hibrit BIC. ( a, b ) 2x2 süper hücrede sırasıyla dörtte üç ve bir asimetrik rezonatöre sahip Ht-BIC ve Hq-BIC meta yüzeylerinin mikroskobik görüntüleri ve periyodu hem x hem de y eksenleri boyunca 2a'dır. Ölçek çubuğu, 20 µm. (c) Brillouin bölgesindeki U-qBIC kafesinden (siyah) Ht-BIC/Hq-BIC'ye (kırmızı) bant katlanmasının şematik diyagramı. (d) Ht-BIC (sol) ve Hq-BIC (sağ) meta yüzeylerinin %2.97 asimetri derecesinde simüle edilmiş iletim genlik spektrumları. (© Opto-Electronic Science) Çoklu yüksek kaliteli faktör Fano rezonansları, darbe üretimi, algılama, iletişim vb. alanlarda, özellikle algılamanın ve terahertz fotoniğe dayalı yeni nesil kablosuz iletişimin geliştirilmesi için çok önemlidir. Bu, farklı alanlardaki gelişimlerini kolaylaştırmak için meta yüzeyleri ve terahertz fotoniklerini birleştirme konusunda yeni bilgiler sunuyor. Bu çalışma BIC'in fiziksel içeriğini daha da zenginleştirecek ve meta malzemeler ile terahertz fotoniklerin perspektifini genişletecektir. Ekip bulgularını şu şekilde yayınladı: Opto-Elektronik Bilimi ("Terahertz meta yüzeylerinde süreklilikteki hibrit bağlı durumlar").

Zaman Damgası:

Den fazla nanowerk