物理学 > 光学
[提交于 2025年5月1日
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标题: 连续区的超束缚态:解析框架、参数依赖性与快速直接计算
标题: Super Bound States in the Continuum: Analytic Framework, Parametric Dependence, and Fast Direct Computation
摘要: 在光子晶体(PhC)薄膜等周期性结构中,连续区内的束缚态(BIC)总是被共振态所包围,其共振态的 $Q$-因子满足 $Q\sim 1/|{\bm \beta}-{\bm \beta}_*|^{2p}$的关系式,其中 ${\bm \beta}$和 ${\bm \beta}_*$分别为共振态和 BIC 的布洛赫波矢。通常情况下 $p=1$,但存在一类特殊的 BIC,称为超-BIC,其满足 $p\geq 2$。超-BIC 可以显著增强附近共振态的 $Q$-因子,并减少由于加工缺陷引起的散射损耗,在实际应用中具有明显优势。然而,超-BIC 的实现需要调节结构参数,因此通常不够稳健。 在这项工作中,我们发展了一种理论来分类超BIC(super-BIC),确定所需的可调结构参数的最小数量$n$,并表明超BIC在$m$维参数空间中形成一个维度为$(m-n)$的流形。 我们还提出了一种直接的方法,用于计算具有不同对称性的结构中的超BIC。 数值例子表明,当$n > 1$时,我们的方法比现有方法效率高得多。此外,我们研究了结构扰动的影响,重点关注从超BIC到普通BIC的转变。 最后,我们分析了一类可以看作狄拉克点的退化BIC,并表明它们是在相关参数空间中超BIC的交点。 我们的工作推进了对超BIC的理论理解,并在光学设计和光-物质相互作用中有直接和潜在的应用。
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