近日，国内研究团队联合提出了一种基于角度扰动精准调控对称保护型连续域束缚态（SP-BICs）模式泄漏的策略，在自由空间中获得1.1 × 105的超高品质因子（Q）。相关成果以“Ultrahigh‑Q Quasi-BICs via Precision-Controlled Asymmetry in Dielectric Metasurfaces”为题于2025年3月25日在线发表于国际知名期刊《Nano Letters》。
基于对称保护型连续域束缚态（SP-BICs）的高品质因子（Q）共振腔已成为增强和调控光与物质相互作用的重要平台。BICs模式在理论上具有无穷大的Q因子，它不与入射光进行耦合，因此不能被直接利用。通过在结构中引入微小扰动，可以将BICs转变为高Q因子的准BICs泄漏模，它具有光场局域能力强和共振谱线尖锐等特征，因此被广泛应用于非线性光学、生物传感、激光器件等领域。对称保护型准BICs激发的常规方法是通过破坏器件的几何结构来提供辐射通道，其Q因子通常与结构的不对称度平方成反比，如果需要获得超高的Q因子（>105），通常需引入纳米量级的扰动参数，这对制造工艺提出更高的要求。如何精确控制结构的非对称度来实现稳定的超高Q因子，是发展基于高Q谐振腔的高性能光子器件的关键。
图1.常规破坏几何结构激发SP-BICs和角度扰动激发SP-BICs的比较。
鉴于此，该联合团队提出采用结构旋转角度扰动的策略，实现了结构不对称度的精确控制，从而设计了制造鲁棒性高的超高Q因子器件。相较于常规对称保护型准BIC的激发方法，该策略规避了纳米量级结构加工要求。一系列二聚体复合型纳米狭缝超表面器件被用于去证实了这一设计思想。当旋转其中一部分纳米狭缝，能够有效激发SP-BIC模式，这种旋转角度在实验中可以精确控制。另外，当增多纳米狭缝的数量，准BIC的Q值下限可以被有效提升，实验的Q值达到1.1×105，是目前基于对称保护型准BIC的最高值。这种激发SP-BIC获得超高Q因子的策略具有较高的稳定性和可重复性，为基于超高Q因子共振超表面的新型光子器件的实现提供基础。
图2. 通过复合狭缝超表面的旋转扰动实现超高Q因子的实验验证。
本文提出在高对称的SP-BIC结构中引入角度扰动，精确调控器件的非对称度，在实验中获得1.1×105的高Q因子，该设计具有较高的鲁棒性和可重复性。这种策略为构建自由空间中超高Q超表面腔提供思路，在低阈值激光器、高灵敏度传感器、非线性光学和量子光子学等领域有着广泛的潜在应用。
作者简介：
周朝彪，教授，博导，贵州省高等学校科技创新团队负责人。主要从事高Q介质超表面物理及其应用研究，先后主持国家级和省部级科研及教学研究项目7项。目前，以第一作者或通讯作者（含共同）在Nature Communications, Nano Letters, Laser & Photonics Reviews, Applied Physics Reviews, Advanced Functional Materials等国际权威刊物发表SCI收录论文50余篇，其中入选ESI高被引论文8篇。受邀在PIERS会议、全国超材料大会等国内国际会议做邀请报告10余次。以第一完成人获贵州省高等教育（研究生）教学成果奖二等奖。
韩德专，重庆大学物理学院教授、博导。研究方向包括微纳光子结构及光场调控。近年主要研究光学束缚态，包括物理机制和搜索算法。发表论文70余篇，包括Phys. Rev. Lett., Sci. Adv., Nat. Commun.等杂志，引用3000余次。近年主持国家自然基金面上等项目4项。
陆卫，中国科学院上海技术物理研究所研究员，国家杰青、万人计划入选者，长期致力于光电子学与红外高灵敏探测技术研究。主持研发了国内首款长波红外量子阱焦平面器件并实现首次航天应用，推动并见证了我国红外遥感技术发展。以第一完成人获国家技术发明奖二等奖（2011）、国家自然科学二等奖（2014）、上海市技术发明一等奖（2017、2020）及香港求是杰出青年科学家奖（1999），发表SCI论文300余篇，他引1万余次，培养硕博人才50多名，为我国红外技术及光谱分析领域的技术发展与人才培养作出重要贡献。
另外，暨南大学、重庆大学等老师为本工作做出了重要贡献。该工作也得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、贵州省高等学校科技创新团队项目、贵州省自然科学基金项目等项目的支持。
供稿：课题组
