In een nieuwe publicatie van Opto-elektronische vooruitgang , onderzoekers onder leiding van professor Liu Yan van Xidian University, China en professor Gan Xuetao van de Northwestern Polytechnical University, China, overweeg het genereren en toepassen van de hoge-Q-resonantie in volledig diëlektrische meta-oppervlakken.

Metamaterialen zijn kunstmatige samengestelde elektromagnetische structuren die bestaan ​​uit subgolflengte-eenheden, die efficiënte en flexibele controle van de elektromagnetische golven kan realiseren. Metamaterialen zijn een opkomend onderzoeksgebied voor opto-elektronica, natuurkunde, chemie en materialen, vanwege hun nieuwe fysieke eigenschappen en potentiële toepassingen.

Met de ontwikkeling in de fabricage van nanostructuren, volledig diëlektrische meta-oppervlakken hebben veel onderzoeksaandacht getrokken vanwege hun hoge efficiëntie en lage verlies. Echter, meta-oppervlakken op basis van traditionele optische materialen (zoals silicium) kunnen alleen relatief lage Q-resonanties ondersteunen, het beperken van hun toepassingen in laserwerking, voelen, en niet-lineaire optica. Een recentelijk opgekomen concept van gebonden toestanden in het continuüm (BIC's) biedt een nieuwe oplossing om dit probleem op te lossen. Het concept van BIC's werd voor het eerst geïntroduceerd in de kwantummechanica. Het vertegenwoordigt een golfverschijnsel van modi, die de energie hebben die in de gedelokaliseerde staten binnen het continuüm ligt. De BIC-ondersteunende meta-oppervlakken kunnen regelbare hoge Q-resonantie bereiken, die hun toepasbaarheid kunnen uitbreiden naar de apparaten die scherpe spectrale kenmerken vereisen.

De auteurs van dit artikel stellen een Si-meta-oppervlak voor op basis van symmetrie-gebroken blokken, die de hoge Q-resonantie kan bereiken. Nanodeeltjes gemaakt van conventionele materialen kunnen slechts een relatief lage kwaliteitsfactor ondersteunen. Het concept van BIC biedt een nieuwe oplossing om dit probleem op te lossen. Dit concept komt voor het eerst voor in de kwantummechanica, waarbij een echte BIC een wiskundige abstractie is met een oneindige Q-factor. In dit werk, symmetriebreking wordt geïntroduceerd in de symmetrische periodieke structuur en de ideale BIC's veranderen in de lekkende modus met een hoge Q-factor. Tegelijkertijd, de Q-factor van de resonantie kan worden gecontroleerd door de grootte van de geïntroduceerde defecten te variëren. In aanvulling, door het ontwerpvoorstel te wijzigen, de relatie tussen de Q-factor en de defectgrootte kan ook worden aangepast. Een hoge Q-resonantie kan op deze manier gemakkelijk worden gerealiseerd en het niet-lineaire optische effect van de structuur kan duidelijk worden verbeterd bij de resonantie.

Het onderzoek dat in dit artikel wordt gerapporteerd, maakt een manier vrij om BIC's te manipuleren en dynamische resonanties met hoge Q te realiseren, wat een belangrijke stap is in de richting van de ontwikkeling van resonante fotonische toepassingen met hoge Q. innovatieve en geavanceerde optische technologieën.