双裂环超表面中高<bold><italic>Q</italic></bold>值连续域束缚态及传感应用研究

Abstract

连续域束缚态(Bound States in the Continuum, BICs)是系统位于辐射连续域中却与辐射模式完全解耦的束缚态, 被广泛应用于设计高品质因子微纳结构. 本文提出了一种对称金属裂环超表面结构, 能够实现多个可调谐连续域束缚态. 通过破坏超表面结构对称性, 使其本征电感电容(LC)谐振与辐射模式不能完全正交, 产生极少辐射泄漏, 得到了拥有极窄共振线宽的准连续域束缚态模式(Quasi-BIC), 其品质因子(<italic>Q</italic>值)最大可达18019. 采用耦合模理论对其进行了理论分析, 结果与仿真模拟数据高度一致. 此外, 基于该超表面的折射率传感模型也具有超高灵敏度, 最大可达<sc>140 GHz/RIU</sc>. 并且利用PMMA介质在超表面上设计了一种微型通道, 可以实现超高灵敏度的液体折射率传感, 其灵敏度可达<sc>−108.3 GHz/RIU</sc>. 由于连续域束缚态对空间结构变化十分敏感, 本文还研究了该超表面结构对介质表面粗糙度的检测性能, 凸/凹面的检测灵敏度分别为<sc>0.156</sc>和<sc>0.214 mm<sup>−1</sup>.</sc> 本文的研究结果有望为设计和研发多功能高灵敏度传感器件提供理论基础.

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