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连续体中的束缚态（BIC）--堆叠介电超表面的连续体

微波工程仿真

2025-03-27

导读：开放系统本质上意味着通过能量交换与周围空间进行交互。既存在于经典系统，也存在于量子系统中，涉及声波或光波等。

开放系统本质上意味着通过能量交换与周围空间进行交互。既存在于经典系统，也存在于量子系统中，涉及声波或光波等。BIC不辐射的原因已有大量报道，它是一种特殊的物理现象，指在某些系统中存在局域化的束缚态，其能量虽然嵌入在连续谱（如辐射连续体或散射态）中，却能够完全避免与连续态的耦合，从而表现出无限长的寿命（理论上无耗散）。

非厄米系统中的BIC
堆叠介电超表面
参考资料

*BIC

As shown below👇

*非厄米系统中的BIC

非 Hermiti性的一个显著特性是特征能量谱中出现了“异常点”（EP）。

EP 是至少两个特征向量及其相关特征值合并的谱奇异性.

在 EP 附近，特征值对扰动的敏感度大大增强，因此具有很好的传感应用前景，仅受噪声限制。

几个特征向量的合并导致高阶 EP 的形成，对扰动表现出更高的敏感性。在光学领域，EP 主要研究宇称-时间 𝒫⁢𝒯-对称系统（Symmetric Systems）。然而，它们也可以出现在更实用的无源结构中，例如等离激元超表面、微谐振器和波导，甚至是单个纳米颗粒。

辐射抵消可能是由于对称性或调整系统参数以抑制来自所有开放通道的辐射而产生的。因此，BIC 分别分为对称保护（S-BIC）或意外。在光子学中，S-BICs 主要在周期性超表面中进行研究。对称性打破将 S-BIC 转换为具有有限辐射的准 BIC 𝑄因素，导致入射辐射的巨大放大。

鉴于这两种奇点的不寻常特性，一个有趣的想法产生了，两个或多个 BIC 是否可以合并成一个 EP，从而产生一个新的奇点？

也就是说，在非厄米系统中，将多个BIC通过近场耦合形成了EP点，称为Exceptional BIC。即，提出一种新的奇点。这种奇点继承了上面两种奇点的性质：不辐射，同时对微扰敏感。

*堆叠介电超表面

两个相同的谐振器，每个谐振器都支持一个假设的 S-BIC。用最简单的模型有效哈密顿量，代表两个耦合的辐射谐振器，

当系统没有固有损耗（Intrinsic loss或者欧姆损耗）的时候，两个BIC在耦合为零（κ = 0）的时候能量简并是一个Diabolic point。那么当系统引入欧姆损耗的时候，如下图所示，形成Exceptional BIC：耦合系统本征频率的实部和虚部都简并，本征态，也就是模式平行。

参考文献

[1] Q. Song, M. Odeh, J. Zúñiga-Pérez, B. Kanté, and P. Genevet, Plasmonic topological metasurface by encircling an exceptional point, Science 373, 1133 (2021).

[2] A. Canós Valero, Z. Sztranyovszky, E. A. Muljarov, A. Bogdanov, and T. Weiss, “Exceptional Bound States in the Continuum,” Phys. Rev. Lett., vol. 134, no. 10, p. 103802, Mar. 2025, doi: 10.1103/PhysRevLett.134.103802.

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