太赫兹超表面连续体中的混合束缚态

26年2023月XNUMX日（Nanowerk新闻）品质因数（Q）是表征光与物质相互作用强度的关键参数。具有较高品质因数的腔体能够有效地限制光，从而增强光与物质的相互作用。此功能在激光器、滤波器、谐波生成和传感器等各种应用中具有重要意义。 人们提出了不同的方案来改善微腔中的品质因数，例如微盘、布拉格反射器微腔和光子晶体。在能带结构的光锥上方，也可以获得没有能量辐射泄漏的束缚态，即连续谱中的束缚态（BIC）。 BIC 提供了一种获得超高品质因数共振的通用方法，从而成为增强光与物质相互作用的强大机制，已在低阈值激光器、多光谱传感和高谐波生成中得到应用。 图 1 混合 BIC 晶格。 (a-c)无辐射通道的对称保护BIC晶格示意图(a)、通过破缺对称性对所有谐振器开放辐射通道的均匀准BIC晶格(b)以及半辐射通道开放互换的混合准BIC晶格沿 x 轴 (c)。 （©光电科学） 对于典型的BIC，Q与波矢(k)之间存在二次定量关系，通常k的微小扰动都会导致Q的快速恶化。然而，在加工过程中不可避免地引入缺陷和紊乱，从而大大降低了BIC的性能。实际样品中共振的品质因数。 合并BIC的想法从调制Q和k之间的指数系数（从-2到-6）开始，这在很大程度上缓解了Q的恶化速度，并提供了一种非常有效的机制。但这种方法需要精确控制微结构的几何尺寸，并且仅适用于同时具有对称性保护和偶然BIC的能带结构，要求相当苛刻。 最近，南方科技大学丛龙庆课题组提出了一种更通用的方法来提高对称保护 BIC 的整体品质因数和鲁棒性。与通过在整个晶格中均匀打破谐振器对称性来实现准 BIC 的传统方法不同 超材料 （见图1a和b）​​，它们选择性地保持整个晶格的局部C2对称性，从而可以减少辐射损耗并提高阵列的品质因数（见图1c）。 图 2 混合 BIC 晶格的 Q 值显着提高以及针对制造缺陷的鲁棒性。 (a) U-qBIC、Ht-BIC、Hx-BIC 和 Hq-BIC 晶格的辐射 Q 值与不对称度的演变。具有较低辐射密度的混合单元电池的整体品质因数得到改善。 (b) 四种情况下制造缺陷对质量因素的影响。 （©光电科学） 这是一种通用方法，可以扩展到任何对称保护的 BIC，而不需要精确的几何设计或频带选择性。根据定性和定量分析，混合BIC晶格可以实现比传统晶格高14.6倍以上的品质因数（图2a）。通过增加Q和k之间的比例系数，提高了混合BIC超表面对紊乱和其他干扰的品质因数鲁棒性，从而有效减少实际器件中品质因数的恶化。这提供了一种更通用、更简单的方法来实现高质量因子（图2b）。 通过晶格的倒易空间分析，杂化BIC晶格可以同时将均匀BIC晶格的X、Y、M点的本征态折叠到Γ点，从而可以在远场辐射中观察到多个Fano共振（图3）。 图3 广义高阶混合BIC。 (a, b) Ht-BIC 和 Hq-BIC 超表面的显微图像，在 2×2 超晶胞中分别具有 2 个非对称谐振器中的 20 个和 2.97 个，沿 x 轴和 y 轴的周期均为 XNUMXa。比例尺，XNUMX µm。 (c)布里渊区从U-qBIC晶格（黑色）到Ht-BIC/Hq-BIC（红色）的能带折叠示意图。 (d) 不对称度为 XNUMX% 时 Ht-BIC（左）和 Hq-BIC（右）超表面的模拟透射振幅谱。 （©光电科学） 多个高品质因数Fano谐振在脉冲产生、传感、通信等方面非常重要，特别是对于基于太赫兹光子学的传感和下一代无线通信的发展。这为融合超表面和太赫兹光子学提供了新颖的见解，以促进它们在不同领域的发展。这项工作将进一步丰富BIC的物理含义，拓宽超材料和太赫兹光子学的视野。 该团队发表了他们的发现 光电科学 (“太赫兹超表面连续体中的混合束缚态”).

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• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63062.php