量子光学中,电磁诱导透明(Electromagnetically induced transparency, EIT)现象在滤波、热辐射、传感等领域具有一定研究价值,可以指导相关器件的设计,基于此,研究人员已经做了很多研究。然而,很多研究提出的结构往往存在偏振依赖,即器件的特性往往受限于激发光的偏振状态。最近发表在ACS Photonics期刊上题为“Polarization-Independent BIC-based Electromagnetically Induced Transparency”解决了上述问题。
文章提出以为基底,结构的超构表面。结构在近红外波波段存在对称保护的准连续体束缚态模式(Symmetry-protcted quasi-bound states in the continuum),通过调制结构内部的宽带与窄带的多极子模式干涉,实现了两种正交偏振激发的EIT模式简并,进而实现了偏振无关的EIT现象。研究人员提出的结构具有很好的加工容错性,实验的结果同仿真的结果吻合的很好。研究人员计算为基底上的完整结构超构表面,两个正交偏振入射的情况下,分别存在一个较宽的共振峰与一个窄带的Fano共振峰。文章提出的结构体系支持电四极(EQ)和磁四极(MQ)两种BICs模式,BICs模式与外部辐射场是完全解耦的,具有无限高的Q值。研究人员通过切割圆盘,打破结构的对称性,将BICs转变为qBICs。在光谱中表现为具有较高Q值的窄带Fano共振模式,这为实现EIT效应提供了所需的暗模式。同时,切割的圆盘也支持低Q值的磁偶极(MD),这为实现EIT现象提供了所需的亮模式。比较巧妙的是,文章所提出的结构在向偏振光入射下可以同时激发磁偶极(MDx)和磁四极(MQ),而向偏振光入射下可以同时激发磁偶极(MDy)和电四极(EQ)。
为了实现结构的偏振无关,需要使两种偏振对应的qBICs的共振波长重合。EIT通常是一个对称的透射峰,而Fano是非对称的透射峰,一般用来表示非对称参数,要实现文章的目的,非对称参数需要趋近于0。文章探究了上文提及的非对称参数与晶格常数的依赖关系,通过合理的设计结构中的值得到了偏振无关的结构实现EIT现象。这项工作不仅提供了一套实现偏振不敏感高Q值共振的有效方法,还展示了其效果的稳健性和可调谐性 。该成果为开发在任意偏振下都能高效工作的光子器件提供了一定的参考。
(摘自:Aleksandra A. Kutuzova, Sergei Li, Binze Ma, Qiang Li, and Mikhail V. Rybin. Polarization-Independent BIC-Based Electromagnetically Induced Transparency. ACS Photonics, 12(8): 4289-4295 (2025).)(汪宝编译)
