

全介质超表面（MSs）中高 Q 因子束缚态（BICs）

微波工程仿真

2025-05-25

导读：传统金属超表面因欧姆损耗导致 Q 因子低（~10），而全介质超表面可利用束缚态在连续谱（BICs）实现高 Q 因子共振，避免辐射损耗。

传统金属超表面因欧姆损耗导致 Q 因子低（~10），而全介质超表面可利用束缚态在连续谱（BICs）实现高 Q 因子共振，避免辐射损耗。

对称结构的 BICs 特性
对称保护 BICs和偶然 BICs
参考资料

*BIC

As shown below👇

*对称结构的 BICs 特性

SP-BICs 在动量空间中心（Γ 点）具无限 Q 因子，A-BICs 位于非零波矢处，Q 因子分别遵循Q∝1/k^2和Q∝1/[k^2 (k−k BIC0 )^2 (k+kBIC0 )^2 ]。

拓扑电荷通过极化矢量绕涡旋中心的缠绕数确定，SP-BICs 为 ±1，A-BICs 为+1。

对称性破缺的影响：

小扰动：SP-BICs 转化为准 BICs，Q 因子与不对称参数成逆平方关系。

大扰动：出现额外 BICs，其中对应Friedrich-Wintgen（F-W）BICs（模式耦合导致），对应单共振参数 BICs（破坏性干涉导致），打破逆平方定律。

*对称保护 BICs和偶然 BICs

在光子学领域，束缚态在连续谱（BICs）是指一种特殊的非辐射本征模式，尽管其位于连续辐射谱内，却能完全与环境辐射通道解耦，从而具有极高的 Q 因子。根据物理起源和对称性特征，BICs 可分为对称保护 BICs（SP-BICs）和偶然 BICs（A-BICs）。

特征	对称保护 BICs（SP-BICs）	偶然 BICs（A-BICs）
物理起源	系统固有对称性（如旋转、镜像对称）	参数调控导致的辐射相消（非对称依赖）
动量空间位置	高对称点（如 Γ 点）	非高对称点（传统 A-BICs）或高对称点（扩展 A-BICs）
拓扑电荷	±1（极化涡旋完整缠绕）	+1（通常，极化涡旋局部缠绕）
Q 因子依赖	理想情况无限大，破缺后与α^2成反比	传统：依赖波矢偏离；扩展：突破逆平方定律
实验调控难度	依赖对称性设计，稳定性高	依赖精密参数优化，对制造误差敏感

全介质超表面中的 BICs 本质上是动量空间的极化涡旋奇点，其拓扑电荷由极化矢量的缠绕数决定。

拓扑保护特性使 BICs 对结构微扰具有鲁棒性，确保高 Q 因子共振的稳定性。

参考文献

[1] G. Sun et al., “Pushing Q-factor limit of guided resonances by harnessing topologically protected terahertz bound states in the continuum,” Applied Physics Reviews, vol. 12, no. 1, p. 011422, Mar. 2025, doi: 10.1063/5.0254576.

【声明】内容源于网络

微波工程仿真

关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。

内容 457

粉丝 0

微波工程仿真关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。

总阅读114

粉丝0

内容457