一维等离激元光栅中的光子束缚态

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连续谱中的束缚态(BICs),顾名思义,是一种理论上具有无限长寿命的空间局域非辐射态,尽管它们的频率位于连续光谱内。自1929年von Neumann和Wigner首次在量子系统中提出这一概念以来,从量子到经典波,在许多物理系统中BICs都是普遍存在的一种波现象。并且研究者们用了不同的方法来探讨BICs的物理机制,而且研究者还通过不同的实验方法,证实了BICs的存在。由于BICs在理论上具有无限大的Q因子,因此对超灵敏的光学吸收和强光增强具有重要的研究意义,并且有大量的应用。本文主要是对二聚化等离激元光栅是否支持的BICs,并对该结构系统产生的BICs的物理机制进行详细的研究。首先,我们研究了简单光栅的多极响应,并对其产生的BICs进行了研究。然后我们研究了二聚化等离激元光栅是否支持BICs。我们建立二聚化等离子光栅结构模型,使用了TM波对其进行外场激发,通过结构参数的调节,在我们研究的频率范围内,平面波正入射时,发现了两种共振模式,根据它们的电场分布特点,可以区分为对称模式和反对称模式。通过数值模拟计算出二聚化等离激元光栅的透射谱,在我们关注的频率内,透射谱中有四条能带,其中三条能带出现了共振特征消失,表明了BICs的存在,其中两个是高频的Γ点BIC和一个是低频的非Γ点BIC。通常,BICs可分为两类:对称保护型BICs和非对称保护型(或偶然型)BICs。前者是由于模式与外场的对称性的抑制而产生的,而后者则是来自于系统的不同辐射通道之间的相消干涉而产生的。同时我们通过求解本征值问题得到二聚化等离激元光栅的能带图,并且计算了能带对应的Q因子,Q因子发散的位置与共振特征消失的位置一致,进一步证实了BICs的存在。接着,我们通过调整二聚化等离激元光栅的结构参数,研究了结构的几何参数对BIC的影响,如周期参数或一个周期内两根棒之间的间距参数。结果发现可以通过结构参数,很容易地对偶然型BIC进行调节。可以将非Γ点处的偶然型BIC调整到Γ点处,并对两种方法下的移动到Γ点后的偶然型BIC的Q因子的发散情况进行了研究,并与移动之前的非Γ点时的BIC进行了对比。最后,我们通过计算二聚化等离激元光栅的多极矩,发现二聚化等离激元光栅存在大量的多极,它们之间的干涉可以产生零辐射方向。偶然型BIC是系统的辐射通道与单元晶格的零辐射方向重合的结果。我们从模式对称性和多极干涉的角度对简单光栅和二聚化等离激元光栅上的BICs进行了解释。
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