Os estados ligados no contínuo (BICs) são uma classe especial de estados ressonantes. Embora tenham o mesmo momento e energia que os modos de propagação no espaço livre, eles não estão acoplados a este último e, portanto, têm tempos de vida infinitos. Esta propriedade única tem atraído grande interesse de pesquisa. Os BICs têm perspectivas de aplicação em muitos campos, incluindo lasers, sensores, filtros e muitos outros. No entanto, até o momento não existe um algoritmo eficiente para BICs e, em estudos anteriores, o foco dos pesquisadores geralmente é em BICs na região com um único canal de radiação. Existem poucos estudos sobre BICs na região de alta frequência com múltiplos canais de radiação.
Recentemente, o grupo de pesquisa do professor Dezhuan Han da Universidade de Chongqing e o grupo de pesquisa do professor Jian Zi da Universidade de Fudan, usando o mecanismo físico de reflexão interna total das ondas de Bloch, desenvolveram um algoritmo BIC para a placa de cristal fotônico.

Quando a reflexão interna total de múltiplas ondas de Bloch ocorre na interface da placa de cristal fotônico, o deslocamento de fase de cada onda de Bloch é usado para estabelecer um banco de dados no espaço de frequência vetorial de onda. Ao considerar a condição de orientação, os BICs podem ser localizados de forma rápida e precisa.

Comparado com outros algoritmos, este algoritmo tem as seguintes duas vantagens distintas:(1) Ele pode procurar BICs com precisão muito alta em um grande espaço de parâmetros (por exemplo, quando o banco de dados de mudança de fase é estabelecido, leva apenas ~10ms segundo para encontrar todos os BICs para um valor específico da espessura da laje), reduzindo bastante o tempo de busca do BIC. (2) Pode identificar BICs na região de alta frequência com múltiplos canais de radiação, ampliando a faixa de aplicação dos BICs. Quando há muitos (≥3) canais de radiação no espaço livre, também pode otimizar rapidamente o fator de qualidade de quase-BICs.

Os pesquisadores obtiveram a fórmula analítica para reflexão interna total das ondas de Bloch sob a condição de limite de contraste fraco e, assim, obtiveram o comportamento limite dos BICs. Para BICs multicanal, suas propriedades topológicas únicas são reveladas - elas se originam da coincidência acidental de cargas topológicas em diferentes canais de radiação no espaço de momento. Vale ressaltar que para BICs convencionais abaixo do limite de difração, dividir uma carga topológica inteira em duas cargas semi-inteiras requer quebrar a simetria espacial da estrutura; no entanto, para BICs multicanal além do limite de difração, mesmo sem a quebra da simetria espacial, essa divisão ainda pode ocorrer.

A pesquisa foi publicada na National Science Review e o algoritmo BIC desenvolvido neste trabalho é lançado no Github para uso no projeto e aplicação de placas de cristal fotônico por outros pesquisadores. + Explorar mais

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