(a) Réflexion interne totale de deux ondes de Bloch à l'interface du cristal photonique. (b) Condition de guidage :comme une onde de Bloch se réfléchit deux fois, elle se duplique. (c) Conditions conventionnelles et généralisées pour le mode guide d'ondes. Ici, le mode de guide d'onde généralisé est précisément le BIC. Crédit :Science China Press
Les états liés dans le continuum (BIC) sont une classe spéciale d'états résonnants. Bien qu'ils aient la même quantité de mouvement et la même énergie que les modes se propageant dans l'espace libre, ils ne sont pas couplés à ces derniers et ont donc des durées de vie infinies. Cette propriété unique a suscité un grand intérêt pour la recherche. Les BIC ont des perspectives d'application dans de nombreux domaines, notamment les lasers, les capteurs, les filtres et bien d'autres. Cependant, jusqu'à présent, il n'y a pas eu d'algorithme efficace pour les BIC, et dans les études précédentes, les chercheurs se sont généralement concentrés sur les BIC de la région avec un seul canal de rayonnement. Il existe peu d'études sur les BIC dans la région des hautes fréquences avec plusieurs canaux de rayonnement.
Récemment, le groupe de recherche du professeur Dezhuan Han de l'Université de Chongqing et le groupe de recherche du professeur Jian Zi de l'Université de Fudan, utilisant le mécanisme physique de la réflexion interne totale des ondes de Bloch, ont développé un algorithme BIC pour la dalle de cristal photonique.
Lorsque la réflexion interne totale de plusieurs ondes de Bloch se produit à l'interface de la dalle de cristal photonique, le déphasage de chaque onde de Bloch est utilisé pour établir une base de données dans l'espace vecteur-fréquence d'onde. En tenant compte de la condition de guidage, les BIC peuvent être localisés rapidement et avec précision.
Comparé à d'autres algorithmes, cet algorithme présente les deux avantages distincts suivants :(1) Il peut rechercher des BIC avec une très grande précision dans un grand espace de paramètres (par exemple, lorsque la base de données de déphasage est établie, il ne faut que ~ 10 ms seconde pour trouver tous les BIC pour une valeur spécifique de l'épaisseur de la dalle), réduisant considérablement le temps de recherche des BIC. (2) Il peut identifier les BIC dans la région des hautes fréquences avec plusieurs canaux de rayonnement, élargissant ainsi la gamme d'applications des BIC. Lorsqu'il existe de nombreux (≥3) canaux de rayonnement dans l'espace libre, cela peut également optimiser rapidement le facteur de qualité des quasi-BIC.
(a) Vue schématique des canaux de rayonnement d'une résonance guidée multicanal. (b-d) Évolution des facteurs de qualité et des cartes de polarisation pour différentes épaisseurs. Crédit :Science China Press
Les chercheurs ont obtenu la formule analytique de la réflexion interne totale des ondes de Bloch sous condition de limite de contraste faible, et ont ainsi obtenu le comportement limite des BIC. Pour les BIC multicanaux, leurs propriétés topologiques uniques sont révélées - elles proviennent de la coïncidence accidentelle de charges topologiques dans différents canaux de rayonnement dans l'espace d'impulsion. Il convient de mentionner que pour les BIC conventionnels en dessous de la limite de diffraction, diviser une charge topologique entière en deux charges demi-entières nécessite de briser la symétrie spatiale de la structure; cependant, pour les BIC multicanaux au-delà de la limite de diffraction, même sans rupture de la symétrie spatiale, cette division peut toujours se produire.
La recherche a été publiée dans National Science Review et l'algorithme BIC développé dans ce travail est publié sur Github pour être utilisé dans la conception et l'application de dalles de cristal photonique par d'autres chercheurs. Génération et application de la résonance à Q élevé dans les métasurfaces entièrement diélectriques
