Eleven

BIC在周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)中是一類(lèi)常見(jiàn)的共振態(tài)，但區(qū)別于其他的共振態(tài)，BIC無(wú)法向外界輻射電磁波。形成BIC最根本的原因是干涉相消，類(lèi)似于初中光柵衍射實(shí)驗(yàn)中的暗紋。因此，想要嚴(yán)格地干涉相消，結(jié)構(gòu)往往需要滿足一定的對(duì)稱性，例如C2對(duì)稱性，C4對(duì)稱性，這類(lèi)BIC稱為受對(duì)稱性保護(hù)的BIC（symmerty-protected BIC）。當(dāng)打破結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，無(wú)法完全地干涉相消，因此會(huì)有部分能量泄露出來(lái)，也就是會(huì)與外界發(fā)生耦合。此時(shí)我們可以在譜線上觀測(cè)到一個(gè)Fano線型的共振峰，稱為準(zhǔn)BIC（quasi-BIC）。接下來(lái)，我們首先設(shè)計(jì)一個(gè)近紅外波段的BIC。為不失一般性，我們將近紅外波段的BIC推廣到我們所需要的THz波段，體會(huì)設(shè)計(jì)思路。軟件為Comsol。

我們選取兩根介質(zhì)硅棒作為我們的結(jié)構(gòu)，如下圖所示，

兩根介質(zhì)棒嚴(yán)格等長(zhǎng)平行，在電磁場(chǎng)的激勵(lì)下會(huì)形成振幅相等但相位相反的一對(duì)電偶極子共振。。

在x和y方向我們選擇周期性邊界條件（注意：x方向設(shè)一個(gè)周期性邊界，y方向設(shè)一個(gè)周期性邊界），如下圖所示，

z方向是我們的入射方向，在完美匹配層邊界處設(shè)置入射端口和出射端口。

這里我們選擇TM模式激發(fā)，考慮沿x軸斜入射的情況，磁場(chǎng)方向始終與波矢方向垂直，沿y方向。

首先我們?cè)诠獠ǘ危ㄝ^為常見(jiàn)）去設(shè)計(jì)BIC，BIC是無(wú)法觀測(cè)的，如下圖藍(lán)線所示，因此設(shè)計(jì)思路是在一個(gè)大的頻率范圍內(nèi)去尋找準(zhǔn)BIC。這里我們打破結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，將其中一個(gè)介質(zhì)棒截短。打破了C2對(duì)稱性（旋轉(zhuǎn)180度無(wú)法與自身重合），此時(shí)，無(wú)法兩個(gè)電偶極子無(wú)法嚴(yán)格干涉相消，泄露出來(lái)形成準(zhǔn)BIC，如下圖綠線所示。同理，其他對(duì)稱性破缺方式也可以形成準(zhǔn)BIC。

5 推廣到THz

接下來(lái)介紹如何將已有的模型/BIC推廣到想要的波段。在上述例子中，BIC大概位于1050 nm，THz波段我們選取0.5 THz，波長(zhǎng)大概為600 um。在光學(xué)中如果按照一定的倍數(shù)縮放模型尺寸，那相應(yīng)的波長(zhǎng)也會(huì)以相同的倍數(shù)縮放。因此縮放后，我們可以得到THz的BIC和準(zhǔn)BIC，分別如下圖藍(lán)線和綠線所示。

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