传统对称超表面难以在正入射下激发高 Q 值共振，各类破缺对称结构的高 Q 谐振机理长期缺乏统一物理解释，限制了超表面谐振的精准设计。针对这一问题，本文揭示了面内反演对称破缺是超表面产生锐峰高 Q 谐振的统一物理机制，证明对称破缺会使对称保护型 BIC演化为准 BIC，并建立了Q 值与不对称参数的普适关系。该超表面以硅基倾斜双棒阵列为核心结构，通过引入倾斜角 θ 打破面内反演对称性，严格推导得出辐射 Q 值随不对称参数正弦值呈平方反比衰减。理论证明透射谱完美符合法诺线型，真实 BIC 对应法诺共振坍缩，成为完全不辐射的暗态。通过几何尺度缩放，可将工作波长从可见光拓展至太赫兹波段。实验与仿真一致表明，旋转角等于0度时结构支持理想 BIC，具备无限大的Q因子，随旋转角增大，谐振峰逐渐出现，Q 值快速下降；在低损耗介质体系中 Q 值可突破 10⁵，且该规律适用于金属以及介质等各类破缺对称超结构。所设计超表面具有超高 Q、窄线宽、低损耗、波长可扩缩等优势，在传感、激光、非线性光学与慢光系统中极具应用价值。
结论：基于对称破缺的非对称超表面，其高 Q 谐振本质由连续域束缚态物理机制支配，理想 BIC 在对称破缺下转化为准 BIC，Q 值与不对称参数满足二次反比关系，为超表面高 Q 谐振的按需设计提供了统一理论与通用方法。
启发：将该理论延伸到三维空间，设计出高Q的可调波段的三维折叠超表面。
文献来源: Physical Review Letters, 2018, 121, 193903
作者：Kirill Koshelev, Sergey Lepeshov, Mingkai Liu, Andrey Bogdanov, Yuri Kivshar
报告人: 鲍朋
