Generering og anvendelse af høj-Q-resonansen i alle dielektriske metaoverflader

I en ny publikation fra Opto-elektroniske fremskridt , forskere ledet af professor Liu Yan fra Xidian University, Kina og professor Gan Xuetao fra Northwestern Polytechnical University, Kina, overveje at generere og anvende høj-Q-resonansen i alle dielektriske metaoverflader.

Metamaterialer er kunstige komposit elektromagnetiske strukturer bestående af subbølgelængdenheder, som kan realisere effektiv og fleksibel styring af de elektromagnetiske bølger. Metamaterialer er et voksende forskningsområde for optoelektronik, fysik, kemi og materialer, på grund af deres nye fysiske egenskaber og potentielle anvendelser.

Med udviklingen i fremstillingen af ​​nanostrukturer, alle-dielektriske metasurfaces har tiltrukket stor forskningsopmærksomhed på grund af deres høje effektivitet og lave tab. Imidlertid, metasoverflader baseret på traditionelle optiske materialer (såsom silicium) kan kun understøtte relativt lave Q -resonanser, begrænse deres applikationer i laserhandling, fornemmelse, og ikke -lineær optik. Et nyligt opstået begreb om bundne tilstande i kontinuum (BIC'er) giver en ny løsning til at overvinde dette problem. Begrebet BIC blev først introduceret i kvantemekanik. Det repræsenterer et bølgefænomen af ​​tilstande, som har energien liggende i de delokaliserede tilstande inde i kontinuumet. De BIC-understøttende metasurfaces kan opnå kontrollerbar høj-Q resonans, som kan udvide deres anvendelighed til de enheder, der kræver skarpe spektrale funktioner.

Forfatterne til denne artikel foreslår en Si-metaoverflade baseret på symmetribrudte blokke, som kan opnå høj-Q resonans. Nanopartikler fremstillet af konventionelle materialer kan kun understøtte en forholdsvis lav kvalitetsfaktor. Begrebet BIC giver en ny løsning til at overvinde dette problem. Dette koncept forekommer først i kvantemekanikken, hvor en sand BIC er en matematisk abstraktion med uendelig Q -faktor. I dette arbejde, symmetribrud introduceres i den symmetriske periodiske struktur, og de ideelle BIC'er bliver til utæt tilstand med en høj Q -faktor. På samme tid, resonansens Q -faktor kan kontrolleres ved at variere størrelsen af ​​de indførte defekter. Ud over, ved at ændre designforslaget, Forholdet mellem Q -faktor og defektstørrelse kan også justeres. En høj-Q-resonans kan let realiseres på denne måde, og strukturens ikke-lineære optiske effekt kan naturligvis forstærkes ved resonansen.

Forskningen rapporteret i denne artikel baner en måde at manipulere BIC'er og realisere høj-Q dynamiske resonanser, hvilket udgør et væsentligt skridt i retning af udviklingen af ​​høj-Q resonant fotoniske applikationer. innovative og avancerede optiske teknologier.