Bundna tillstånd i kontinuum (BIC) är en speciell klass av resonanta tillstånd. Även om de har samma rörelsemängd och energi som fortplantningssätten i ledigt utrymme, är de inte kopplade till det senare och har således oändliga livstider. Denna unika fastighet har väckt stort forskningsintresse. BIC:er har applikationsmöjligheter inom många områden, inklusive lasrar, sensorer, filter och många andra. Hittills har det dock inte funnits någon effektiv algoritm för BIC, och i tidigare studier ligger forskarnas fokus vanligtvis på BIC:er i regionen med en enda strålningskanal. Det finns få studier på BIC i högfrekvensområdet med flera strålningskanaler.

Nyligen utvecklade forskargruppen professor Dezhuan Han från Chongqing University och forskargruppen professor Jian Zi från Fudan University, med hjälp av den fysiska mekanismen för total inre reflektion av Bloch-vågor, en BIC-algoritm för den fotoniska kristallplattan.

När den totala interna reflektionen av flera Bloch-vågor inträffar vid gränssnittet av den fotoniska kristallplattan, används fasförskjutningen av varje Bloch-våg för att upprätta en databas i vågvektorfrekvensutrymmet. Genom att ta hänsyn till vägledningsvillkoren kan BIC:erna snabbt och exakt lokaliseras.

Jämfört med andra algoritmer har denna algoritm följande två distinkta fördelar:(1) Den kan söka efter BIC:er med mycket hög precision i ett stort parameterutrymme (till exempel, när fasskiftsdatabasen är etablerad, tar det bara ~10ms sekund att hitta alla BIC:er för ett specifikt värde på plattans tjocklek), vilket avsevärt minskar BIC-sökningstiden. (2) Den kan identifiera BIC:er i högfrekvensområdet med flera strålningskanaler, vilket utökar tillämpningsområdet för BIC:er. När det finns många (≥3) strålningskanaler i ledigt utrymme kan det också snabbt optimera kvalitetsfaktorn för kvasi-BIC.

Forskarna fick den analytiska formeln för total inre reflektion av Bloch-vågor under villkoret med svag kontrastgräns, och fick därmed gränsbeteendet för BIC:er. För flerkanaliga BIC:er avslöjas deras unika topologiska egenskaper - de härrör från oavsiktlig sammanträffande av topologiska laddningar i olika strålningskanaler i momentumrymden. Det är värt att nämna att för konventionella BICs under diffraktionsgränsen, kräver uppdelning av en heltals topologisk laddning i två halvheltalsladdningar att bryta strukturens rumsliga symmetri; Men för flerkanaliga BIC:er bortom diffraktionsgränsen, även utan att den rumsliga symmetrin är bruten, kan denna uppdelning fortfarande inträffa.

Forskningen publicerades i National Science Review och BIC-algoritmen som utvecklats i detta arbete släpps på Github för användning i design och tillämpning av fotoniska kristallplattor av andra forskare. + Utforska vidare

Generering och tillämpning av high-Q-resonansen i heldielektriska metasytor