[发明专利]一种旋光与极化可调的方形晶格超表面谐振器

说明书

本发明公开了一种旋光与极化可调的方形晶格超表面谐振器。所述方形晶格超表面谐振器包括：多个由两个交叉的长方体构成的十字结构，其中，所述十字架的长为370nm，宽为100nm，厚度为320nm，多个十字结构并排排列，相邻两个所述十字结构的距离为475nm；所述方形晶格超表面谐振器具备四重旋转对称性，其材料为硅，在近红外区域的折射率为3.58；在近红外波段有两个独立边界连续束缚态响应频点。本发明提供的方形晶格超表面谐振器，通过调整结构面内和面外对称性参数，在近红外波段的透射谱呈现单模可调谐的性质，旋光度的范围为0°到180°，偏振态可从线极化变化为椭圆极化，在非线性光学、全息成像、量子信息、生物传感领域具有较高的实用价值。

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种旋光与极化可调的方形晶格 超表面谐振器。

背景技术

边界连续束缚态(bound states inthe continuum，BIC)是离散谱上的连续态，理论上具有接近无穷的品质因数。在实践中，这种BIC的品质因子往往比理论 预测的无穷大低得多，限制在10⁴左右。除了其他因素，如材料吸收或样品的 有限尺寸，主要的限制因素是由制造缺陷或失调引起的散射损失在光子晶体平 板(PhCs)中激发的强BIC模可以被Γ点的对称性保护。此外，准BIC(quasi-BIC) 模式的光谱响应和尖锐的法诺共振的特殊线形特征，这种相变可以通过修改面 内对称性和面外对称性或激发条件来设计。通过利用具有相位翻转特性的准 BIC模式引起相变，使偏振方位角旋转达90°，传输的相位延迟突然增加。对 于光束而言，任意偏振态α可以完全用两个参数来描述，即主轴角ψ和椭圆度角 χ。旋转线位于两个工作频率点的角度差异非常明显，因为相位发生了翻转。 众所周知，线偏振光可以表示为左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)的叠 加，当线偏振光通过手性分子或具有螺旋特征的结构等光学手性材料时，LCP 和RCP光会产生不同的相位延迟。然而，手性-光学相互作用在具有天然材料 的简单结构中非常弱，因此希望提供具有强手性-光学相互作用的简单且可调 谐的手性结构。

对于具有非常大的品质因数和多重可调谐共振的结构，它在旋光性的应用 中具有明显的优势。高品质因数表明窄带宽响应和高灵敏度，这意味着光-物 质相互作用的实质性增强。同时，寻找一种结构简单容易制备的新型可调谐光 学超表面迫在眉睫。

发明内容

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

本说明书实施例提供的一种旋光与极化可调的方形晶格超表面谐振器，包 括：多个由两个交叉的长方体构成的十字结构，其中，所述十字架的长为370nm， 宽为100nm，厚度为320nm；多个十字结构并排排列，相邻两个所述十字结构 的距离为475nm；所述方形晶格超表面谐振器具备四重旋转对称性；所述方形 晶格超表面谐振器的材料为硅，在近红外区域的折射率为3.58；所述方形晶格 超表面谐振器在近红外波段有两个独立边界连续束缚态(BIC)响应频点。

可选的，通过调整面内对称性和面外对称性，所述方形晶格超表面谐振器 在近红外波段的透射谱呈现单模可调谐的性质。

可选的，采用横向磁波来激发BIC模式，使用具有有限元方法的本征模求 解器来计算能带结构和品质因子(Quality factor，Q因子)，在水平平面中添加 周期性边界条件，并在垂直方向构建匹配层。

可选的，所述方形晶格超表面谐振器的旋光度的范围为0°到180°。

可选的，所述方形晶格超表面谐振器的品质因数的衰减随着归一化矢量的 绝对值的变化呈指数级变化。

可选的，通过控制具有准BIC模式的超表面结构的面内对称性和面外对称 性能够灵活的调节法诺共振的线形。

可选的，在两个共振波长下线偏振光可透射穿过所述方形晶格超表面谐振 器，使BIC变为准BIC模式，在准BIC模式下，会发生红移和蓝移。