(a) Riflessione interna totale di due onde Bloch all'interfaccia del cristallo fotonico. (b) Condizione di guida:poiché un'onda Bloch riflette due volte, si duplica. (c) Condizioni convenzionali e generalizzate per la modalità guida d'onda. Qui, la modalità guida d'onda generalizzata è proprio il BIC. Credito:Science China Press
Gli stati legati nel continuum (BIC) sono una classe speciale di stati risonanti. Sebbene abbiano la stessa quantità di moto ed energia dei modi di propagazione nello spazio libero, non sono accoppiati a quest'ultimo e quindi hanno una durata infinita. Questa proprietà unica ha suscitato grande interesse nella ricerca. I BIC hanno prospettive applicative in molti campi, inclusi laser, sensori, filtri e molti altri. Tuttavia, finora non esiste un algoritmo efficiente per i BIC e, in studi precedenti, l'attenzione dei ricercatori è solitamente rivolta ai BIC nella regione con un singolo canale di radiazione. Ci sono pochi studi sui BIC nella regione ad alta frequenza con più canali di radiazione.
Recentemente, il gruppo di ricerca del professor Dezhuan Han dell'Università di Chongqing e il gruppo di ricerca del professor Jian Zi dell'Università di Fudan, utilizzando il meccanismo fisico della riflessione interna totale delle onde di Bloch, hanno sviluppato un algoritmo BIC per la lastra di cristallo fotonico.
Quando la riflessione interna totale di più onde Bloch si verifica all'interfaccia della lastra di cristallo fotonico, lo sfasamento di ciascuna onda Bloch viene utilizzato per stabilire un database nello spazio della frequenza del vettore d'onda. Considerando le condizioni di guida, i BIC possono essere localizzati in modo rapido e preciso.
Rispetto ad altri algoritmi, questo algoritmo presenta i seguenti due distinti vantaggi:(1) Può cercare BIC con una precisione molto elevata in un ampio spazio di parametri (ad esempio, quando viene stabilito il database dello sfasamento, ci vogliono solo circa 10 ms secondo per trova tutti i BIC per un valore specifico dello spessore della lastra), riducendo notevolmente il tempo di ricerca BIC. (2) Può identificare i BIC nella regione ad alta frequenza con più canali di radiazione, ampliando la gamma di applicazioni dei BIC. Quando ci sono molti (≥3) canali di radiazione nello spazio libero, può anche ottimizzare rapidamente il fattore di qualità dei quasi-BIC.
(a) Vista schematica dei canali di radiazione di una risonanza guidata multicanale. (b-d) Evoluzione dei fattori di qualità e delle mappe di polarizzazione per diversi spessori. Credito:Science China Press
I ricercatori hanno ottenuto la formula analitica per la riflessione interna totale delle onde di Bloch nella condizione di limite di contrasto debole, e quindi hanno ottenuto il comportamento limite dei BIC. Per i BIC multicanale, vengono rivelate le loro proprietà topologiche uniche:derivano dalla coincidenza accidentale di cariche topologiche in diversi canali di radiazione nello spazio della quantità di moto. Vale la pena ricordare che per i BIC convenzionali al di sotto del limite di diffrazione, dividere una carica topologica intera in due cariche semi-intere richiede la rottura della simmetria spaziale della struttura; tuttavia, per BIC multicanale oltre il limite di diffrazione, anche senza la rottura della simmetria spaziale, questa divisione può ancora verificarsi.
La ricerca è stata pubblicata su National Science Review e l'algoritmo BIC sviluppato in questo lavoro viene rilasciato su Github per l'uso nella progettazione e applicazione di lastre di cristallo fotonico da parte di altri ricercatori. + Esplora ulteriormente
