(a) Reflexión interna total de dos ondas de Bloch en la interfaz del cristal fotónico. (b) Condición de guía:cuando una onda de Bloch se refleja dos veces, se duplica. (c) Condiciones convencionales y generalizadas para el modo de guía de ondas. Aquí, el modo de guía de ondas generalizado es precisamente el BIC. Crédito:Science China Press
Los estados ligados en el continuo (BIC) son una clase especial de estados resonantes. Aunque tienen el mismo impulso y energía que los modos de propagación en el espacio libre, no están acoplados a este último y, por lo tanto, tienen vidas infinitas. Esta propiedad única ha atraído un gran interés de investigación. Los BIC tienen perspectivas de aplicación en muchos campos, incluidos láseres, sensores, filtros y muchos otros. Sin embargo, hasta el momento no ha habido un algoritmo eficiente para los BIC y, en estudios anteriores, los investigadores suelen centrarse en los BIC de la región con un solo canal de radiación. Hay pocos estudios sobre BIC en la región de alta frecuencia con múltiples canales de radiación.
Recientemente, el grupo de investigación del profesor Dezhuan Han de la Universidad de Chongqing y el grupo de investigación del profesor Jian Zi de la Universidad de Fudan, utilizando el mecanismo físico de reflexión interna total de las ondas Bloch, desarrollaron un algoritmo BIC para la losa de cristal fotónico.
Cuando la reflexión interna total de múltiples ondas de Bloch ocurre en la interfaz de la losa de cristal fotónico, el cambio de fase de cada onda de Bloch se usa para establecer una base de datos en el espacio de frecuencia del vector de onda. Al considerar la condición de guía, los BIC se pueden ubicar de manera rápida y precisa.
En comparación con otros algoritmos, este algoritmo tiene las siguientes dos ventajas distintas:(1) Puede buscar BIC con una precisión muy alta en un espacio de parámetros grande (por ejemplo, cuando se establece la base de datos de cambio de fase, solo toma ~ 10 ms segundo para encontrar todos los BIC para un valor específico del espesor de la losa), lo que reduce en gran medida el tiempo de búsqueda de BIC. (2) Puede identificar BIC en la región de alta frecuencia con múltiples canales de radiación, ampliando el rango de aplicación de BIC. Cuando hay muchos (≥3) canales de radiación en el espacio libre, también puede optimizar rápidamente el factor de calidad de los cuasi-BIC.
(a) Vista esquemática de los canales de radiación de una resonancia guiada multicanal. (b-d) Evolución de los factores de calidad y mapas de polarización para diferentes espesores. Crédito:Science China Press
Los investigadores obtuvieron la fórmula analítica para la reflexión interna total de las ondas de Bloch en condiciones de límite de contraste débil y, por lo tanto, obtuvieron el comportamiento límite de los BIC. Para los BIC multicanal, se revelan sus propiedades topológicas únicas:se originan a partir de la coincidencia accidental de cargas topológicas en diferentes canales de radiación en el espacio de momento. Vale la pena mencionar que para los BIC convencionales por debajo del límite de difracción, dividir una carga topológica entera en dos cargas semienteras requiere romper la simetría espacial de la estructura; sin embargo, para BIC multicanal más allá del límite de difracción, incluso sin que se rompa la simetría espacial, esta división aún puede ocurrir.
La investigación fue publicada en National Science Review y el algoritmo BIC desarrollado en este trabajo se publica en Github para que otros investigadores lo utilicen en el diseño y la aplicación de losas de cristal fotónico. Generación y aplicación de la resonancia de alto Q en metasuperficies totalmente dieléctricas
