Oavsiktliga BIC:er kan ställas in samtidigt för att smälta samman med den högre ordningens laddade BIC vid Γ-punkten genom att variera tjockleken. När väl symmetrin har reducerats, bryts den laddade BIC:n av högre ordning och delas upp i två off-Γ BIC:er. Därefter kan de ställas in för att bilda sammanslagna BIC:er med en annan oavsiktlig BIC vid off-Γ-punkter. Den sammanslagna BIC:en är styrbar med ett designat momentum när spegelsymmetrin i planet bryts ytterligare. Jämfört med isolerade BIC:er kan sammanslagna BIC:er avsevärt förbättra Q-faktorerna för närliggande strålningstillstånd. Kredit:Meng Kang et al
Bundna tillstånd i kontinuum (BIC) har tilldragit sig ett brett forskningsintresse på grund av deras utmärkta prestanda i ljusinneslutning, vilket kan öka interaktion mellan ljus och materia. BIC:er kan eliminera strålningsförlusten för att teoretiskt uppnå en oändlig kvalitetsfaktor Q. Men i praktiska on-chip-resonatorer finns det oundvikliga tillverkningsfel som kopplar BIC:er till närliggande strålningstillstånd genom spridning, vilket begränsar det tillgängliga Q.
För att undertrycka spridningsförlusten krävs en förbättring av ljusinneslutningen i de närliggande strålningstillstånden. Flera BIC:er kan ställas in till samma position för att bilda en sammansmältande BIC med hjälp av BIC:s topologiska egenskaper. Denna fysiska mekanism kan avsevärt förbättra Q för närliggande tillstånd över ett brett vågvektorområde och förbättra robustheten hos BIC:er mot spridningsförlusten av tillverkningsfel.
För fotoniska kristallplattor bildar polarisationerna av fjärrfältsstrålningen en polarisationsvirvel runt en BIC i momentumrymden. BIC är belägen vid den topologiska singulariteten, vars polarisationsriktning inte kan definieras, så det finns ingen strålningsförlust. Lindningsantalet polarisationer längs moturs riktning definierar den topologiska laddningen av BIC. BIC:er är topologiskt skyddade efter bevarandet av topologiska laddningar. De är avstämbara i momentum rymden med variationen av strukturella parametrar.
Men hittills innebär konstruktionen av sammanslagna BIC:er endast manipulering av grundläggande topologiska laddningar. Å ena sidan kan de högre ordningens topologiska laddningarna betraktas som bestående av flera fundamentala topologiska laddningar, och följaktligen kan en högre ordningens laddad BIC i sig förbättra robustheten hos en BIC mot spridningsförlusten. Å andra sidan, genom att minska den strukturella symmetrin, kan BIC:er med topologiska laddningar av högre ordning delas upp i flera BIC:er med grundläggande topologiska laddningar, vilket kan konstruera sammanslagna BIC:er med andra fysiska mekanismer inducerade BIC:er.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , Prof. Meng Xiao från Wuhan University, Prof. Hongxing Xus team från Wuhan University och Prof. Che Ting Chan från Hong Kong University of Science and Technology samarbetade för att föreslå en ny fysisk mekanism för att förverkliga sammanslagna BIC:er genom att manipulera högre ordnings topologiska avgifter.
I den fotoniska kristallplattan med ett triangulärt gitter finns en symmetriskyddad BIC med en topologisk laddning på -2 vid Γ-punkten. När tjockleken på plattan är lämplig, uppträder oavsiktliga BIC:er med topologiska laddningar på ±1 vid off-Γ-punkter, som bildas av oavsiktlig upphävande av strålningsförlust på grund av destruktiv interferens. Genom att variera tjockleken kan flera oavsiktliga BIC:er ställas in samtidigt till G-punkten, vilket bildar en sammansmältande BIC med en laddad BIC av högre ordning. Q-faktorerna för de närliggande strålningstillstånden har förbättrats avsevärt för närliggande strålningstillstånd jämfört med isolerade BIC:er eller sammanslagna BIC:er med endast grundläggande laddningar. Sammanfattningsvis kan sammanslagna BIC:er som involverar högre ordningsavgifter ytterligare förbättra ljusinneslutningen och undertrycka spridningsförlusten som orsakas av tillverkningsfel.
Genom att ersätta cylindriska hål med elliptiska cylindriska hål reduceras strukturens symmetri och laddade BIC:er av högre ordning är inte längre tillåtna vid Γ-punkten. På grund av bevarande av topologisk laddning delas BIC:er med den högre ordningens topologiska laddningen upp i off-Γ BIC:er. De delade BIC:erna kan ställas in i momentumutrymmet genom att variera de strukturella parametrarna. De kan ställas in samtidigt till Γ-punkten för att bilda en sammanslagnings-BIC, eller till samma position med oavsiktliga BIC:er och bilda en sammanslagnings-BIC vid off-Γ-punkter.
Genom att rotera elliptiska cylindriska hål bryts spegelsymmetrin ytterligare och BIC:er vänds bort från spegelplanet. Genom att välja en lämplig rotationsvinkel och platttjocklek är de sammanslagna BIC:erna styrbara med ett designat momentum, vilket är av stor betydelse för att förbättra prestandan i riktningsrelaterade applikationer. + Utforska vidare
