Os estados ligados no contínuo (BICs) têm atraído amplo interesse de pesquisa devido ao seu excelente desempenho em confinamento de luz, o que pode aumentar a interação luz-matéria. Os BICs podem eliminar a perda de radiação para teoricamente atingir um fator de qualidade infinito Q. No entanto, em ressonadores práticos no chip, existem imperfeições de fabricação inevitáveis ​​que acoplam BICs a estados radiativos próximos por espalhamento, limitando assim o Q disponível.
Para suprimir a perda de espalhamento, é necessário melhorar o confinamento da luz nos estados radiativos próximos. Vários BICs podem ser ajustados para a mesma posição para formar um BIC de fusão usando as propriedades topológicas do BIC. Esse mecanismo físico pode aumentar significativamente o Q de estados próximos em uma ampla faixa de vetores de onda e melhorar a robustez dos BICs contra a perda de dispersão de imperfeições de fabricação.

Para placas de cristal fotônico, as polarizações da radiação de campo distante formam um vórtice de polarização em torno de um BIC no espaço de momento. O BIC está localizado na singularidade topológica, cuja direção de polarização não pode ser definida, portanto não há perda de radiação. O número de enrolamento de polarizações no sentido anti-horário define a carga topológica dos BICs. Os BICs são protegidos topologicamente seguindo a conservação da carga topológica. Eles são ajustáveis ​​no espaço de momento com a variação dos parâmetros estruturais.

No entanto, até o momento, a construção de BICs de fusão envolve apenas a manipulação de cargas topológicas fundamentais. Por um lado, as cargas topológicas de ordem superior podem ser consideradas como consistindo de múltiplas cargas topológicas fundamentais e, portanto, um BIC carregado de ordem superior pode melhorar a robustez de um BIC contra a perda de espalhamento. Por outro lado, reduzindo a simetria estrutural, BICs com cargas topológicas de ordem superior podem se dividir em múltiplos BICs com cargas topológicas fundamentais, que podem construir BICs de fusão com outros BICs induzidos por mecanismos físicos.

Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications , o Prof. Meng Xiao da Universidade de Wuhan, a equipe do Prof. Hongxing Xu da Universidade de Wuhan e o Prof. Che Ting Chan da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong cooperaram para propor um novo mecanismo físico para realizar a fusão de BICs através da manipulação topológica de ordem superior cobranças.

Na placa de cristal fotônico com rede triangular, há um BIC protegido por simetria com carga topológica de -2 no ponto Γ. Quando a espessura da laje é adequada, BICs acidentais com cargas topológicas de ±1 aparecem em pontos off-Γ, que são formados pelo cancelamento acidental da perda de radiação devido à interferência destrutiva. Variando a espessura, vários BICs acidentais podem ser sintonizados simultaneamente no ponto G, formando um BIC de fusão com um BIC carregado de ordem superior. Os fatores Q dos estados radiativos próximos foram significativamente aprimorados para estados radiativos próximos em comparação com BICs isolados ou mesclando BICs com apenas cargas fundamentais. Em resumo, a fusão de BICs envolvendo cargas de ordem superior pode melhorar ainda mais o confinamento de luz e suprimir a perda de dispersão causada por imperfeições de fabricação.

Ao substituir orifícios cilíndricos por orifícios cilíndricos elípticos, a simetria da estrutura é reduzida e BICs carregados de ordem superior não são mais permitidos no ponto Γ. Por causa da conservação de carga topológica, os BICs com a carga topológica de ordem superior se dividem em BICs off-Γ. Os BICs divididos podem ser ajustados no espaço de momento variando os parâmetros estruturais. Eles podem ser ajustados simultaneamente para o ponto Γ para formar um BIC de fusão, ou para a mesma posição com BICs acidentais e formar um BIC de fusão em pontos fora de Γ.

Ao girar os orifícios cilíndricos elípticos, a simetria do espelho é ainda mais quebrada e os BICs são afastados do plano do espelho. Ao escolher um ângulo de rotação e espessura de placa adequados, o BIC de fusão é orientável com um impulso projetado, o que é de grande importância para melhorar o desempenho de aplicações relacionadas à direção. + Explorar mais

Um solucionador altamente eficiente para estados ligados no continuum com base na reflexão interna total de ondas de Bloch