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《物理评论快报》刊登物理学院束缚态研究成果
发布时间:2021-06-16 11:11  作者:  来源:  阅读:

新闻网讯(通讯员吴轩)物理科学与技术学院肖孟教授、张顺平教授和徐红星院士合作,提出了一种新的物理机制用以实现在连续谱中的非聚合束缚态。

该工作以“Merging Bound States in the Continuum at Off-High Symmetry Points”为题发表在《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett.126, 117402(2021)]上,第一作者为武汉大学物理科学与技术学院康猛博士,肖孟教授、张顺平教授和徐红星教授为论文共同通讯作者,物理科学与技术学院为通讯单位。

某些束缚态在动量和能量匹配的连续谱中仍拥有无限长寿命,这些特殊的束缚态称为连续谱中的束缚态(Bound States in the Continuum), 简称BICs。BICs因能降低辐射损耗而在大面积场的增强、光学微腔的光储存性能提升等方面受到关注,也在量子和经典波领域有广泛研究兴趣。对于实际的光学共振腔,制造过程中产生的缺陷会将单个BIC与临近的辐射态耦合起来,从而降低孤立BIC的品质因子;但另一方面,由于BICs受拓扑保护,在保持光子晶体板对称性不变的前提下调节晶体板结构,可以使单个BIC在倒空间中连续地移动,从而将多个分立BIC聚合在一起形成一个聚合BIC。相较于孤立BICs,聚合BICs可进一步降低临近态的辐射损耗。此前研究中,光子晶体板上聚合BICs只限于高对称点;而光束控制、无衍射光波、光纤等BICs的潜在应用场景都需要聚合BICs在非高对称点上。

合并带相反拓扑荷的一个Friedrich-Wintgen BIC和一个偶然BIC

本项工作提出了一种新的机制,使得在倒空间的几乎任意点构建聚合BIC成为可能。本项工作利用了光子晶体上BICs的拓扑性质,将一个Fredrich-Wintgen BIC和一个偶然BIC聚合在了一起。相较于孤立BICs,聚合BICs在宽光谱范围内的品质因子有显著提升。

总体而言,这项工作提供了在非高对称点实现高品质因子的聚合BICs的方法。该方法在增强光学非线性和量子光学效应、以及改善光学芯片上的光电器件性能等方面有着显著优势。此外,这项工作进一步拓展了BICs在定向激光器、光束控制、波导以及角度灵敏的生物化学传感器等方面的应用潜力。该研究得到了国家自然科学基金委员会、国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项以及武汉大学启动基金的支持。

原文链接https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.117402

同时,肖孟教授和北京理工大学路翠翠教授、香港科技大学陈子亭教授合作,作为共同通讯作者在《物理评论快报》上发表工作“Topological Rainbow Concentrator Based on Synthetic Dimension” [Phys. Rev. Lett. 126, 113902 (2021)]。该工作在二维光子晶体中引入晶格平移,构造合成维度,从而实现了受拓扑保护的、本征频率随平移量变化的界面态;进一步沿界面改变平移量,实现了不同频率边界模式在不同位置的聚集,也即彩虹光集中器。该工作提出的拓扑彩虹集中器中的界面态的存在性受合成维度拓扑的保护,具有鲁棒性。该拓扑存在性与二维光子晶体本身的材料、结构乃至对称性无关,因此在实现彩虹集中器基本功能的同时,还可根据应用场景优化材料与结构、提升器件性能,在光信息存储与频分复用方面具有潜在应用价值。

原文链接https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.113902

(编辑:陈丽霞)

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