光子晶体和结构光纤连续介质中的点缺陷局域束缚态

       在过去三十年中，光子晶体（PhC）显示出特殊的限制和传输特性，利用光子带隙，可以抑制嵌入的量子发射器的自发辐射，促进通过带边操作的慢光，或作为高Q谐振器或波导的宿主局部缺陷模式。受限缺陷模式构成了许多器件的基础，如PhC光纤、光谱滤波器和激光器，为了实现近乎完美的受限，缺陷模式被构造成位于光子带隙内，以便在光谱上将它们与PhC的扩展态隔离开来。然而，这就需要使用具有足够高折射率的材料来打开完整的间隙。另一种限制机制可以绕过对带隙的需求，使得许多低折射率材料（如玻璃和聚合物）的使用成为可能，并提高了实现基于PhC的器件的设计灵活性。实现这一点的一种可能方法是使用连续体中的束缚态（BICs）。BIC是一个系统的本征模，尽管它退化为一个连续的扩展态，但仍然是有限的。实际上，到目前为止，在嵌入多维光子晶体内部的点缺陷中还没有实现连续介质中的限制。

       近日，美国宾夕法尼亚州立大学的Sachin Vaidya教授和美国新墨西哥桑迪亚国家实验室的Alexander Cerjan教授团队预测了在二维PhC环境中存在指数受限于点缺陷的束缚态。缺陷腔和体PhC的设计使得由于缺陷模和周围连续态之间的对称性失配，不存在辐射泄漏被。作为这些BICs的一个应用，该团队还展示了它们如何绕过带隙要求，在低对比度、慢光PhC光纤中作为任意小群速度的传输光纤模式。同时，该文章提出的BICs可以在多种系统中实验实现。例如，这些原理可以应用于在无间隙PhC板中产生高Q值的纳米空腔，其中一些垂直泄漏是不可避免的，但是面内泄漏可以通过对称失配机制来抑制。在功能上，这些模式的行为类似于普通的基于PhC板的空腔，这些空腔依赖于带隙，但可以在具有潜在较低介电对比度的替代结构中实现。此外，这些BIC完全依赖于对称性考虑，也可以使用其他周期性系统（如声学晶体、波导和耦合谐振器阵列）轻松实现。相关研究成果发表在《Physical Review Letters》上。（钟雨豪）

      文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.023605