En yderst effektiv løser til bundne tilstande i kontinuum baseret på den totale interne refleksion af Bloch-bølger

Bundne tilstande i kontinuum (BIC'er) er en særlig klasse af resonanstilstande. Selvom de har samme momentum og energi som udbredelsesmåderne i frit rum, er de ikke koblet til sidstnævnte og har således uendelige levetider. Denne unikke ejendom har tiltrukket stor forskningsinteresse. BIC'er har anvendelsesmuligheder på mange områder, herunder lasere, sensorer, filtre og mange andre. Der har dog hidtil ikke været nogen effektiv algoritme for BIC'er, og i tidligere undersøgelser er forskernes fokus normalt på BIC'er i regionen med en enkelt strålingskanal. Der er få undersøgelser af BIC'er i højfrekvensområdet med flere strålingskanaler.

For nylig udviklede forskergruppen af ​​professor Dezhuan Han fra Chongqing University og forskningsgruppen af ​​professor Jian Zi fra Fudan University, ved hjælp af den fysiske mekanisme for total intern refleksion af Bloch-bølger, en BIC-algoritme til den fotoniske krystalplade.

Når den totale interne refleksion af flere Bloch-bølger forekommer ved grænsefladen af ​​den fotoniske krystalplade, bruges faseforskydningen af ​​hver Bloch-bølge til at etablere en database i bølgevektor-frekvensrummet. Ved at overveje vejledningstilstanden kan BIC'erne hurtigt og præcist lokaliseres.

Sammenlignet med andre algoritmer har denne algoritme følgende to distinkte fordele:(1) Den kan søge efter BIC'er med meget høj præcision i et stort parameterrum (f.eks. når faseforskydningsdatabasen er etableret, tager det kun ~10ms sekund at finde alle BIC'er for en bestemt værdi af pladetykkelsen), hvilket i høj grad reducerer BIC-søgningstiden. (2) Det kan identificere BIC'er i højfrekvensområdet med flere strålingskanaler, hvilket udvider anvendelsesområdet for BIC'er. Når der er mange (≥3) strålingskanaler i ledigt rum, kan det også hurtigt optimere kvalitetsfaktoren for kvasi-BIC'er.

Forskerne opnåede den analytiske formel for total intern refleksion af Bloch-bølger under betingelse af svag kontrastgrænse og opnåede dermed grænseadfærden for BIC'er. For multi-kanal BIC'er afsløres deres unikke topologiske egenskaber - de stammer fra det tilfældige sammenfald af topologiske ladninger i forskellige strålingskanaler i momentumrummet. Det er værd at nævne, at for konventionelle BIC'er under diffraktionsgrænsen kræver opsplitning af en heltals topologisk ladning i to halvheltals ladninger at bryde strukturens rumlige symmetri; for multi-kanal BIC'er ud over diffraktionsgrænsen, selv uden den rumlige symmetri brudt, kan denne opdeling dog stadig forekomme.

Forskningen blev offentliggjort i National Science Review og BIC-algoritmen udviklet i dette arbejde er udgivet på Github til brug i design og anvendelse af fotoniske krystalplader af andre forskere. + Udforsk yderligere

Generering og anvendelse af høj-Q-resonans i al-dielektriske metaoverflader