Gebonden toestanden in het continuüm (BIC's) zijn een speciale klasse van resonantietoestanden. Hoewel ze hetzelfde momentum en dezelfde energie hebben als de zich voortplantende modi in de vrije ruimte, zijn ze niet aan de laatste gekoppeld en hebben ze dus een oneindige levensduur. Dit unieke pand heeft veel onderzoeksinteresse gewekt. BIC's hebben toepassingsmogelijkheden op vele gebieden, waaronder lasers, sensoren, filters en vele andere. Tot nu toe was er echter geen efficiënt algoritme voor BIC's, en in eerdere studies lag de focus van onderzoekers meestal op BIC's in de regio met een enkel stralingskanaal. Er zijn weinig studies naar BIC's in het hoogfrequente gebied met meerdere stralingskanalen.

Onlangs hebben de onderzoeksgroep van professor Dezhuan Han van Chongqing University en de onderzoeksgroep van professor Jian Zi van Fudan University, met behulp van het fysieke mechanisme van totale interne reflectie van Bloch-golven, een BIC-algoritme ontwikkeld voor de fotonische kristalplaat.

Wanneer de totale interne reflectie van meerdere Bloch-golven plaatsvindt op het grensvlak van de fotonische kristalplaat, wordt de faseverschuiving van elke Bloch-golf gebruikt om een ​​database op te zetten in de golfvector-frequentieruimte. Door rekening te houden met de geleidingsconditie kunnen de BIC's snel en nauwkeurig worden gelokaliseerd.

Vergeleken met andere algoritmen heeft dit algoritme de volgende twee duidelijke voordelen:(1) Het kan met zeer hoge precisie naar BIC's zoeken in een grote parameterruimte (wanneer bijvoorbeeld de faseverschuivingsdatabase tot stand is gebracht, duurt het slechts ~10ms seconde om vind alle BIC's voor een specifieke waarde van de plaatdikte), waardoor de BIC-zoektijd aanzienlijk wordt verkort. (2) Het kan BIC's identificeren in het hoogfrequente gebied met meerdere stralingskanalen, waardoor het toepassingsbereik van BIC's wordt uitgebreid. Wanneer er veel (≥3) stralingskanalen in de vrije ruimte zijn, kan het ook snel de kwaliteitsfactor van quasi-BIC's optimaliseren.

De onderzoekers verkregen de analytische formule voor totale interne reflectie van Bloch-golven onder de voorwaarde van een zwakke contrastlimiet, en verkregen zo het limietgedrag van BIC's. Voor meerkanaals BIC's worden hun unieke topologische eigenschappen onthuld - ze komen voort uit het toevallige samenvallen van topologische ladingen in verschillende stralingskanalen in de impulsruimte. Het is vermeldenswaard dat voor conventionele BIC's onder de diffractielimiet, het splitsen van een integere topologische lading in twee half-gehele ladingen het breken van de ruimtelijke symmetrie van de structuur vereist; voor meerkanaals BIC's die de diffractielimiet overschrijden, kan deze splitsing echter nog steeds optreden, zelfs zonder dat de ruimtelijke symmetrie wordt verbroken.

Het onderzoek is gepubliceerd in National Science Review en het BIC-algoritme dat in dit werk is ontwikkeld, wordt op Github vrijgegeven voor gebruik bij het ontwerp en de toepassing van fotonische kristalplaten door andere onderzoekers. + Verder verkennen

Generatie en toepassing van de hoge-Q-resonantie in volledig diëlektrische meta-oppervlakken