Gebonden toestanden in het continuüm (BIC's) hebben brede onderzoeksinteresse getrokken vanwege hun uitstekende prestaties in lichte opsluiting, wat de interactie tussen licht en materie kan stimuleren. BIC's kunnen het stralingsverlies elimineren om theoretisch een oneindige kwaliteitsfactor Q te bereiken. In praktische on-chip resonatoren zijn er echter onvermijdelijke fabricage-imperfecties die BIC's koppelen aan nabijgelegen stralingstoestanden door verstrooiing, waardoor de beschikbare Q wordt beperkt.

Om het verstrooiingsverlies te onderdrukken, is de verbetering van de lichtopsluiting in de nabije stralingstoestanden vereist. Meerdere BIC's kunnen op dezelfde positie worden afgestemd om een ​​samenvoegende BIC te vormen met behulp van de topologische eigenschappen van BIC. Dit fysieke mechanisme kan de Q van nabijgelegen toestanden over een breed golfvectorbereik aanzienlijk verbeteren en de robuustheid van BIC's verbeteren tegen het verstrooiingsverlies van fabricage-imperfecties.

Voor fotonische kristalplaten vormen de polarisaties van de verre-veldstraling een polarisatievortex rond een BIC in de impulsruimte. De BIC bevindt zich op de topologische singulariteit, waarvan de polarisatierichting niet kan worden gedefinieerd, dus er is geen stralingsverlies. Het kronkelende aantal polarisaties tegen de klok in definieert de topologische lading van BIC's. BIC's zijn topologisch beschermd volgens het behoud van de topologische lading. Ze zijn afstembaar in de momentumruimte met de variatie van structurele parameters.

Tot op heden omvat de constructie van fuserende BIC's echter alleen de manipulatie van fundamentele topologische ladingen. Enerzijds kunnen de hogere-orde topologische ladingen worden beschouwd als bestaande uit meerdere fundamentele topologische ladingen, en daarom kan een hogere-orde geladen BIC zelf de robuustheid van een BIC tegen het verstrooiingsverlies verbeteren. Aan de andere kant, door de structurele symmetrie te verminderen, kunnen BIC's met topologische ladingen van een hogere orde worden opgesplitst in meerdere BIC's met fundamentele topologische ladingen, die samenvoegende BIC's kunnen construeren met andere door fysieke mechanismen geïnduceerde BIC's.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications , werkten Prof. Meng Xiao van Wuhan University, Prof. Hongxing Xu's team van Wuhan University, en Prof. Che Ting Chan van de Hong Kong University of Science and Technology samen om een ​​nieuw fysiek mechanisme voor te stellen voor het realiseren van samenvoegende BIC's door het manipuleren van hogere-orde topologische kosten.

In de fotonische kristalplaat met een driehoekig rooster bevindt zich een symmetrie-beschermde BIC met een topologische lading van -2 op het Γ-punt. Wanneer de dikte van de plaat geschikt is, verschijnen onbedoelde BIC's met topologische ladingen van ±1 op off-Γ punten, die worden gevormd door de onbedoelde opheffing van stralingsverlies als gevolg van destructieve interferentie. Door de dikte te variëren, kunnen meerdere toevallige BIC's tegelijkertijd worden afgestemd op het G-punt, waardoor een samensmeltende BIC wordt gevormd met een geladen BIC van hogere orde. De Q-factoren van de nabije stralingstoestanden zijn aanzienlijk verbeterd voor nabije stralingstoestanden in vergelijking met geïsoleerde BIC's of het samenvoegen van BIC's met alleen fundamentele ladingen. Kortom, het samenvoegen van BIC's met ladingen van hogere orde kan de lichtopsluiting verder verbeteren en het verstrooiingsverlies dat wordt veroorzaakt door fabricage-imperfecties onderdrukken.

Door cilindrische gaten te vervangen door elliptische cilindrische gaten, wordt de symmetrie van de structuur verminderd en zijn hogere-orde geladen BIC's niet langer toegestaan ​​op het Γ-punt. Vanwege het behoud van topologische lading splitsten BIC's met de topologische lading van hogere orde zich op in off-Γ BIC's. De gesplitste BIC's kunnen worden afgestemd in de momentumruimte door de structurele parameters te variëren. Ze kunnen gelijktijdig worden afgestemd op het Γ-punt om een ​​samenvoegende BIC te vormen, of op dezelfde positie met toevallige BIC's en een samenvoegende BIC vormen op uit-Γ punten.

Door elliptische cilindrische gaten te roteren, wordt de spiegelsymmetrie verder verbroken en worden BIC's weggedraaid van het spiegelvlak. Door een geschikte rotatiehoek en plaatdikte te kiezen, zijn de fuserende BIC's bestuurbaar met een ontworpen momentum, wat van groot belang is voor het verbeteren van de prestaties van richtinggerelateerde toepassingen. + Verder verkennen

Een zeer efficiënte oplosser voor gebonden toestanden in het continuüm op basis van de totale interne reflectie van Bloch-golven