文献阅读2025年3月

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首页>> news>> 2025年3月组内文献阅读汇报

文献标题：Symmetry-Protected Dual Bound States in the Continuum in Metamaterials

连续谱中的束缚态( BIC )是一个数学概念，具有无穷大的辐射品质因子( Q )，只存在于理想的无穷多个谐振腔中。在光子学中，实现高Q共振对于增强光与物质的相互作用至关重要，这可以实现低阈值激光器、超灵敏传感器和光镊。因此，探索不同光子系统中的BIC，包括存在对称保护的双BIC的亚波长超材料是非常重要的。通过打破C2对称性，以弱辐射Fano共振和电磁感应透明的形式调用泄漏通道，在太赫兹域实验验证了双BIC的光谱特性。在这里，我们展示了由入射光的正交偏振独立诱导的亚波长超材料中的双重对称保护的BIC。通过轻微破坏具有大Q因子的C2对称性，在太赫兹光谱中实验观察到了亚波长BIC的特征。从理想束缚态到准BIC的转变可以通过有效电偶极矩( peff )来理解，如图3c所示。在线极化平面波入射下，由于对称性的不相容性，它只能耦合到沿x ( y )轴具有净电分量的x - ( y - )极化的集体模式。EM多极子可以从表面电流分布中提取出来。[ 29、30 ]在y极化时，每个DSRR的两条导线支路中感应出反相电流，在a = 0处产生极性相反、大小相等的电偶极子，因此净贡献为零( p ny p n N net , 1∑= = ,其中N = 2为每个单元当前支路总数)。因此，在无泄漏通道的腔内，谐振状态完全被约束为束缚态，以平面波入射。当顶隙位移为( a≠0)时，偶极子的对称性在方向和大小上都被破坏，这使得准BIC I (观察为Fano线型)的模式与入射的y极化辐射耦合。因此，BIC退化为具有对称性保护性质的准BIC。对于BIC II ( EIT线型)的出现，也观察到了类似的趋势。在x极化激发下，有四个镜像对称的分支，而不是两个电流分支，导致在a = 0时净电偶极矩( p nx p n N net , 1∑= = , N = 4)为零。这里，更多的电流分布分支也解释了准BIC II更高的谐振频率。一旦通过位移顶能隙扰动对称性，顶分支上的电偶极子的方向和大小被重新排列，导致束缚态的泄漏和耦合，以x极化入射作为准BIC。

文献来源：Cong L , Singh R .Symmetry‐Protected Dual Bound States in the Continuum in Metamaterials[J].Advanced Optical Materials, 2019, 7(13):1-7. 作者：Cong L , Singh R

报告人：王艺

文献标题: Fourier-plane investigation of plasmonic bound states in the continuum and molecular emission coupling 基于范德瓦尔斯超表面的自混合连续谱束缚态中的本征强光-物质耦合

光学共振模式是许多光学设备和元件的基础，尤其是在增强光与物质相互作用方面，强光限制至关重要。传统的高Q共振模式通常基于光的构造性干涉，而连续域中的束缚态（BICs）提供了一种新的光谐振器设计方法。连续体中的束缚态（Bound States in the Continuum, BICs）因其独特的非辐射特性,理论上具有无限的辐射品质因数和零线宽。然而，等离激元纳米结构中的BICs尚未得到充分探索。研究内容包括通过傅里叶平面光谱学和成像技术，对等离激元BICs进行了实验研究。实验测量了覆盖有介质层的金属光栅的光学模式色散，通过角度分辨的白光反射光谱来观察。实验考虑了两种不同厚度的介质层：较厚的介质层（约500纳米）支持等离激元和光子模式，可以形成混合或纯等离激元BICs；较薄的介质层（约100纳米）仅支持等离激元模式，形成纯等离激元BICs。实验结果清晰地展示了BICs的所有特征，包括Q因子的显著增加。创新点是通过实验验证了等离激元BICs的存在，并展示了其高Q因子和可调性。通过调整金属光栅参数，研究者们成功地将BIC位置从一个光学模式分支切换到另一个分支。此外，通过在介质层中混合荧光染料，研究者们观察到了分子发射在BIC条件下的局域化，这为光发射控制提供了新方法。文章结论为通过实验研究了等离激元结构中的BICs，并展示了其在光限制方面的潜力。实验结果表明，等离激元BICs可以实现高Q因子和强近场增强，尽管其结构简单。基于BIC概念的等离激元超腔设计可能为纳米激光器、光学传感和非线性增强等领域带来新的机会，并可能开发出具有新功能的光学器件。启发在于文章的等频轮廓图与目前测试一致，但没有极化旋转的说明。

文献来源: Nanophotonics 2020; 9(15): 4565–4577 https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0343 作者：In Cheol Seo, Seongheon Kim, Byung Hoon Woo, Il-Sug Chung and Young Chul Jun* 发表日期: 2020

报告人：付子怡

文献标题: 《铌酸锂超表面中本征双折射诱导的手性共振模式》

手性超表面通常是通过操纵纳米结构的几何形状来创建的，例如三维螺旋结构和倾斜结构。然而，这些方法在光学频率范围内通常难以实现。在本研究中，研究者们在平面铌酸锂超表面上实现了显著的手性。研究者们从理论上证明了，通过旋转光轴，铌酸锂的双折射能够使两个几乎简并的共振模式之间产生强耦合。尽管铌酸锂结构的几何形态不具备手性，但研究者们表明这些混合模式展现出手性，并且可以产生近似完全的圆二色性信号。内容1：双折射诱导手性共振模式：文章从理论上证明了通过旋转光轴，铌酸锂的双折射能够使两个几乎简并的共振模式之间产生强耦合，从而实现显著的手性光学响应，即使铌酸锂结构的几何形态不具备手性。内容2：实验验证与圆二色性信号：文章利用先进的铌酸锂纳米结构加工技术，在实验上验证了理论方案，测得的圆二色性信号达到-0.53，表明双折射诱导的手性共振模式具有显著的手性光学效应。创新点：当铌酸锂的光轴旋转时，两个原本几乎简并的共振模式会发生强耦合，形成混合模式。这些混合模式展现出手性特征，能够产生近似完全的圆二色性信号。结论：文章通过理论分析和实验验证，证明了铌酸锂材料的双折射特性可以诱导超表面中两个共振模式的强耦合，从而产生显著的手性光学响应。即使铌酸锂超表面的几何结构本身不具备手性，通过旋转光轴引入的双折射效应，仍能使混合模式展现出手性特征，并产生近似完全的圆二色性信号。启发：研究为增强超表面平台上的手性光学效应提供了新的设计自由度。

文献来源: PHYSICAL REVIEW LETTERS 134,113802(2025) 作者：Bo Wang，Tingyue Zhu，Yunan Liu，Haifang Yang， Ruhao Pan和Junjie Li 发表日期: 2025

报告人：胡楠楠

文献标题: Nonlinear Diatomic Metasurface for Real and Fourier Space Image Encoding

在线性光学中，元表面是一个理想的光信息编码平台，因为它具有前所未有的能力，可以用亚波长元原子操纵光波的强度、偏振和相位。然而，在非线性光学中控制光的各种自由度仍然难以实现。在这里，我们提出了一种可在近红外环境中工作的非线性质子元表面，它可以同时在实空间和傅里叶空间中编码光学图像。这是通过设计一种二原子元分子实现的，它可以独立控制非线性几何相位、偏振和二次谐波的强度。所提出的非线性二原子元表面为实现多维光学信息编码提供了一个超小型平台，在光学信息安全和光学防伪方面具有巨大潜力。内容一：用于实空间和傅立叶空间图像编码的非线性二原子元表面。在圆极化基波（FW）的泵浦作用下，非线性元表面上产生了反手的 SHG 波。通过控制 SHG 波的相位、偏振和振幅，我们既能编码 “META ”的真实空间图像，也能在傅里叶空间中编码霍姆斯肖像的全息图像。通过使用具有 LCP 和 RCP 状态的 FW，“福尔摩斯 ”的两幅全息图像呈现出中心对称的特征。内容二：超表面的真实空间图像。(a) 元原子对旋转角度 θ 的空间图。颜色表示 C3 结构之间的角度利用二原子元面在实空间和傅里叶空间进行非线性图像编码。(a、b）实空间的目标图像和傅里叶空间的全息图像。(c) 二原子元面全息图的相位轮廓计算图。文章结论与创新：总之，我们提出了一种非线性二原子元表面平台，它能够实现多维光学信息编码。通过调整金 C3 元原子的旋转角度，可以控制来自二原子元分子的 SHG 波的相对相位和加权相位。这样，我们就获得了同时操纵非线性波的相位、偏振和振幅的新颖而简单的构建模块的能力。通过设计工作在二次谐波频率的非线性二原子元表面，我们展示了偏振和振幅控制的非线性全息技术，以及实空间和傅里叶空间的非线性信息编码。通过明智地为元原子选择适当的对称性和材料，所提出的方法可应用于其他非线性光学过程。超薄非线性二原子元表面是在芯片上操纵非线性波的有趣平台，在光学信息安全、信息处理等方面具有巨大潜力。启发学习：实空间和傅里叶空间双重成像及手性的知识点可以应用到自己的非线性全息工作之中。并且自己需要进一步了解其中机理。

文献来源: https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c02910 Nano Lett. 2020, 20, 7463−7468 作者：Ningbin Mao, Junhong Deng, Xuecai Zhang, Yutao Tang, Mingke Jin, Yang Li, Xuan Liu发表日期: 2020

报告人：刘高敬

文献标题: Active Terahertz Nonlocal Metasurfaces With Liquid Crystal Elastomers

传统的局域超表面受限于分散的波前偏转和宽共振，缺乏光谱选择性。而非局域超表面展现出高选择性，为动态调控提供了一个有前景的平台。文章提出了一种具有空间选择性的主动可调非局域超表面，利用束缚态在连续体（bound states in the continuum, BIC）和耦合相位，通过集成液晶弹性体（liquid crystal elastomers, LCEs）基底，实现了可调谐的方位偏转，偏转角度可达3°，且仅需4.5%的平面内变形。创新点一利用非局域超表面的特性，实现了优异的光谱和空间选择性，解决了传统局域超表面在光谱和空间选择性上的不足。创新点二通过集成液晶弹性体（LCE）基底，实现了对外部刺激（如电压、温度）的响应，从而实现了超表面的主动调谐功能。创新点三通过耦合相位引入偏振依赖的面内波矢，实现了正交偏振分量的空间分离，为偏振分束复用和解复用提供了新的可能性。文章总结文章展示了一种具有增强光谱、空间和偏振选择性的透射型非局域超表面，与由外部电压驱动的可变形LCE基地结合，实现了偏转角度的主动调谐。启发在于液晶弹性体等智能材料在超表面中的应用，为实现自适应、可重构的光学器件提供了新的途径，未来可探索更多智能材料与超表面技术的结合。

文献来源：Physical Review Letters,2024,133(21):216901.https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.216901 作者：Shangyan Long, Wei Zhang, Zhanqiang Xue, Guizhen Xu, Perry Ping Shum, Dan Luo,and Longqing Cong 发表日期: 2025

报告人：高恩博