文献阅读2025年4月

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文献标题：Super Bound States in the Continuum on a Photonic Flatband: Concept, Experimental Realization, and Optical Trapping Demonstration

本文提出了一种新型光子态——“超连续谱束缚态（super BIC）”，其通过合并对称保护的BIC和Friedrich-Wintgen准BIC（FW qBIC）实现。这种态在动量空间的大范围内同时具备超高品质因子和近零群速度，形成于拓扑转变点。实验上，通过非晶硅光子晶体结构验证了这一理论，并首次展示了基于超平带super BIC的三维光学囚禁。这一成果为新型光电子器件设计提供了新思路。连续谱束缚态（BIC）是非厄米光子学中的重要现象，分为对称保护BIC（sym BIC）和Friedrich-Wintgen BIC（FW BIC）。现有研究多关注BIC的拓扑电荷或品质因子增强，而本文提出通过合并BIC实现兼具高Q值和超平带特性的“super BIC”。理论预测并实验验证了超平带super BIC的存在，并首次将其用于光学囚禁。初始结构为具有垂直对称性（z→−zz→−z）和面内对称性（x→−xx→−x）的一维光子晶体平板（周期a=330 nma=330nm，折射率nPC=3.15nPC=3.15）。通过引入非对称“梳状结构”（底部添加80 nm非图案化层）打破垂直对称性，使偶对称模（evenlike）和奇对称模（oddlike）发生耦合。我们引入了一种新的方法来设计一种新的光子态，即"超平坦超BIC "，通过合并位于具有相反曲率的带边上的BIC。值得注意的是，超平坦超BIC在动量空间的大范围区域内表现出稳健的高品质因数和态密度。我们成功地利用硅光栅进行了实验演示，观察到了融合跃迁的完整序列。此外，我们利用超平坦的超BIC态进行光捕获，展示了单粒子的三维捕获。我们的结果为实验上探索与BICs拓扑荷相关的拓扑力纹理铺平了道路。我们设想，超平坦的超级BIC具有应用的潜力. 超平带super BIC的高局域场强和动量空间鲁棒性，使其成为理想的光学囚禁平台。使用1 μm聚苯乙烯微粒，在共振波长（super BIC）下实现三维囚禁；失谐后微粒逃逸（图5）囚禁力分析显示，super BIC的拓扑电荷可进一步调控囚禁机制（如手性力）。

文献来源：Phys. Rev. Lett.132 173802 – Published 24 April, 2024 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.173802 作者：Ngoc Duc Le, Paul Bouteyre, Ali Kheir-Aldine, Florian Dubois, Sebastien Cueff, Lotfi Berguiga, Xavier Letartre, Pierre Viktorovitch, Taha Benyattou, Hai Son Nguyen

报告人：王艺

文献标题: 《多层二硫化钼光探测器，具有宽光谱范围和多带响应》

作为典型的二维材料，二硫化钼（MoS2）具有纵向尺寸的原子厚度，展示了独特的光学和电学特性。MoS2已成为光探测领域的研究热点。MoS2器件的性能高度依赖于其材料特性、器件结构和制备技术。因此，它们的光响应特性可能由多种物理效应决定，这有助于发展基于MoS2的宽带光探测器。在这里，作者提出了一项关于宽频带MoS2光探测器的实验研究，波长范围从410到1550纳米。内容1：为了识别MoS2器件在不同波长下的光响应机制，在1 V偏置电压下测试了该器件在不同波长下的光响应行为。图1展示了从450到1550纳米波长范围内的时间光响应，其中在450纳米和808纳米的入射光功率为20 mW cm−2。在980纳米时，由于相对较弱的响应，光功率增加到300mW cm−2。在所有这些情况下，器件表现出稳定的响应。对于1550纳米的入射波长，当源-漏偏置设置为0 V时，无法观察到光响应，如图2所示。因此，1550纳米处的光响应可以归因于光热效应。内容2：响应时间是用来表征探测器响应速度的参数，包括上升时间和下降时间。在520（图3左上）纳米处的上升时间和下降时间分别为38毫秒和190毫秒，而在808（图3右上）纳米处的上升时间和下降时间分别为36毫秒和270毫秒，显示出较短的上升时间和较长的下降时间。可见光和红外光的光电响应支持了光门控效应和光电导效应共存，这是由于器件在光照下的传输特性所导致的。在980（图3左下）和1,550（图3右下）纳米处的时间响应趋势与520和808纳米处观察到的不同，显示较慢的上升时间。在980纳米激发下，热响应对总光电流的影响比可见光更强，由于热效应，上升时间变慢。1,550纳米入射光的上升时间和下降时间几乎相同，几乎没有由光子引起的电子-空穴对的形成，响应主要由加热产生的电子-空穴对所主导。创新点：该器件的宽带光响应行为归因于可见光下的光电效应和红外光下的光热效应，这为室温宽带检测提供了思路。启发：展示了一种优化的机械剥离多层MoS2背栅探测器，具有多波段光响应特性。通过优化的预转移制造工艺，该器件在电荷传输性能上表现更佳。

文献来源:Advanced Devices & Instrumentation https://spj.science.org/doi/10.34133/adi.0042 作者： Xia-Yao Chen1, Dan Su1, Ke-Han Li, Yuan-Jun Song, Peng Xia, and Xiao-Yang Zhang1 发表日期: 2025

报告人：胡楠楠

文献标题: Experimental observation of a polarization vortex at an optical bound state in the continuum 连续介质中光学束缚态偏振涡旋的实验观察

连续域中的束缚态是由光子晶体支持的，与自由空间辐射兼容，但对于一个特定的面内动量和频率是完全被抑制束缚的状态。最近所谓研究表明，由BIC动量频率条件周围的这种模式辐射的光应该在其远场偏振轮廓中显示涡旋，使BIC受到拓扑保护。研究内容包括在这里，研究了一个支持横向磁模式的一维光栅，BIC波长接近700nm，使用反射测量验证了BIC的存在，反射测量显示了消失的反射特征。使用k空间偏振测量法，我们测量了BIC周围反射的全偏振态，突出了拓扑涡旋的存在。我们使用电磁偶极子模型通过两个辐射通道之间的相消干涉来解释观察到的BIC，认为这是Friedrich-Wintgen型BIC的特征，这一发现揭示了BICs的起源，并验证了它们的拓扑性质。创新点一是通过全波模拟对FW-BIC的机制进行模拟和解释；二是实验上利用1/4波片和偏振片对反射光的方位角和极化角进行了间接测试。文章结论为通过实验证明了在BIC偏振涡旋的存在。使用氮化硅光栅上的角度和波长分辨偏振反射率测量，追踪了类TM漏模色散表面，并直接观察到与每个BIC相关的偏振奇点。使用简单的偶极子模型将BIC归类为Friedrich-Wintgen束缚态，该模型将其起源解释为电偶极子和磁偶极子辐射贡献之间完全相消干涉的结果。启发在于实验上的测试设置和后续理论模型性的全波模拟，后续可以进行深入学习。

文献来源: Nature Photonics volume 12, pages397–401 (2018) 作者：Hugo M. Doeleman 1,2, Francesco Monticone 3, Wouter den Hollander2, Andrea Alù 4,5,6 and A. Femius Koenderink 1 发表日期: 2018 an Su1, Ke-Han Li, Yuan-Jun Song, Peng Xia, and Xiao-Yang Zhang1 发表日期: 2025

报告人：付子怡

文献标题: Ultrasensitive Photothermal Switching with Resonant Silicon Metasurfaces at Visible Bands

连续体中准束缚态（q-BICs）的动态接入为硅基有源纳米光子应用提供了一个非常理想的平台，而目前通过全光刺激注入自由载流子的调谐方法仅限于太赫兹和红外范围，在可见光波段效果较差。在这项工作中，我们通过光热机制引入局部指数扰动，实现了对 q-BIC 的主动操纵，从而在可见光波段实现纳米级光学开关。尖锐的 q-BIC 共振对复杂的指数扰动具有超灵敏的敏感性，这可以通过对硅进行光加热来灵活实现。因此，1 MW/cm2 的温和泵浦强度可使折射率的虚部变化小于 0.05，从而有效抑制尖锐的 q-BIC 共振，并使反射率的主动调制深度超过 80%。内容一：基于 q-BIC 模式的几何可调高 Q 值介电元表面。(a) 支持 q-BIC 的全介电元表面示意图。硅棒对置于 SOI 衬底上。结构参数：a1 = a2 = 150，b2 = 200，b1 = 50-400，Px = Py = 400（单位：纳米）。(b) 元表面的反射光谱随光栅长度 b1 的变化，显示随着光栅长度 b1 的增加，q-BIC 模式（由绿色虚线围成，用于引导视线）不断发生红色偏移。(c) q-BIC 模式的 Q 因子与不对称参数 Δl 的关系。内容二：有无 q-BIC 模式光热转换的理论和实验观察。(a) 在不同强度的 532 纳米连续波激光照射下，元表面 A 的斯托克斯拉曼线的光谱移动。(b) 根据拉曼测温法得出的相应温度。(c) 元表面 A 的 q-BIC 模式在三个代表性温度下快速衰减的理论演示。在温度为 285 ℃ 时，q-BIC 共振的易感性使反射强度的调制深度超过 80%，在温度为 500 ℃ 时达到 95%。调制率超过了 80%。(e,f）对于元表面 B，这表明 q-BIC 模式在超灵敏光学开关方面的优越性。创新点一利用 q-BIC 模式对微小光热扰动的超高灵敏度，研究了如何在可见光领域对其进行动态和实质性操纵。文章结论，我们利用非对称硅纳米棒对的亚衍射晶格，设计并在实验中演示了 Q 因子在可见光中达到100 的光学 q-BIC。温度测量结果表明，在 532 nm 激光 1 MW/cm2 的温和泵浦强度下，超表面的温度上升了260 °C。温度升高导致折射率的虚部发生变化，而这是直接关闭 q-BIC 共振的主要因素。对宽带全反射光谱的监测清楚地表明，强度的强烈抑制只发生在 q-BIC 处，而共振波长位置没有明显变化。结果支持材料损耗增加所产生的光热调谐机制。启发学习：明白了此类光调控的作用机理，文章中用的材料为si，如果能和自己的研究结合起来，例如用si来实现三次谐波的全息图像，再用光照射来控制全息成像的开关。

文献来源: Nano Lett. 2024, 24, 576−583 https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c03288 作者：Ying Che,Tianyue Zhang,Tan Shi, Zi-Lan Deng, Yaoyu Cao, Bai-Ou Guan, and Xiangping Li 发表日期: 2025

报告人：刘高敬

文献标题: Topological Band Engineering in qBICs and EPs Derived from Visible Range Plasmons

近几十年来，拓扑光子学因其独特的特性，如抗背向散射传播和拓扑保护的手性，在光学量子计算和芯片集成等领域受到了广泛关注。文章提出了一种基于一维Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型的金属-绝缘体-金属（MIM）二聚体光栅结构，该结构设计用于通过改变栅格厚度来调节光学带拓扑结构。创新点一通过改变栅厚度，实现了拓扑带反转，其中等离子体准束缚态（q-BICs）可以在连续体中存在。创新点二通过调节增益-损耗因子和耦合强度，诱导EPs的出现，这为设计高级拓扑器件提供了新方法。文章总结MIM二聚体光栅结构为控制等离子体非厄米特光学系统中的奇异性和相关拓扑相提供了新途径，具有在拓扑边缘态构建、拓扑极化子和鲁棒波前操纵等方面的潜在应用。启发在于该研究为在等离子体系统中操纵q-BICs和EPs提供了一种方便的方法，通过主要调整结构层的厚度，显著简化了拓扑非厄米特光学器件的设计。

文献来源：Nano Letters, 2025.Nano Letters. 2025, 25(15):6117–6124.https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00144 作者：Wei Li, Cai Luo, Shibing Tian, RuiXuan Zheng, Guangzhou Geng, Haifang Yang, Baoli Liu, Qinghua Song,* Yang Guo,* and Changzhi Gu* 发表日期: 2025

报告人：高恩博