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人工局域表面等離激元（LSSPs）具有亞波長壓縮和近場增強的優異特性，受到了研究人員的廣泛關注。但是它的Q值普遍不是很高，這是由于材料損耗和輻射損耗；其中，材料損耗不可避免，而輻射損耗可以通過準連續域中的束縛態（準BIC）得到顯著抑制。準BIC是相對BIC而言的。BIC位于連續域中，但是被完美地限制，沒有任何遠場輻射，也無法被入射波激發。它有著無限窄的諧振峰和無限大的Q值。BIC主要分為偶然BIC和對稱保護BIC；其中，對稱保護BIC由于系統的鏡像對稱性或旋轉對稱性而形成，通過打破對稱性，它將轉化準BIC，從而被入射波激發。準BIC的Q值退化為有限值，但由于輻射損耗很弱，Q值依然很高。根據這個特點，北京大學電子學院劉濮鯤教授、杜朝海研究員團隊提出了LSSPs準BIC，降低了LSSPs的輻射損耗，提高了LSSPs的Q值。

圖1.同心圓光柵和偏心圓光柵超表面當線極化平面波法向入射到同心圓光柵超表面時，只有TE11被激發，TE21及以上的高階模式具有旋轉對稱性，是對稱保護BIC，與入射波完全解耦合，無法被激發。

圖2.同心圓光柵超表面仿真結果

因此，本文創新性地設計了偏心圓光柵超表面，打破了旋轉對稱性。這樣，TE21及以上的高階模式由對稱保護BIC轉化為準BIC，與入射波耦合，從而被激發。準BIC的輻射損耗很弱，因此高階模式的諧振峰很尖銳、Q值很高。TE11-TE31的電磁場分布盡管有些扭曲，但仍然呈現出LSSPs的典型圖案。研究表明LSSPs準BIC的Q值和圓光柵的偏心率成平方反比的關系。

圖3.偏心圓光柵仿真結果團隊在微波頻段開展實驗，在偏心圓光柵超表面的頻譜中成功觀察到了高階模式的尖銳的諧振峰，證實了LSSPs準BIC的存在，計算得到的Q值高達214.8。本文還討論了入射波極化方向和材料損耗對LSSPs準BIC的影響。

圖4.LSSPs準BIC實驗結果LSSPs準BIC具有較低的輻射損耗和較高的Q值，有望應用于傳感、隱身、通信等領域。研究工作以“Quasi-Bound States in the Continuum of Localized Spoof Surf ace Plasmons”（人工局域表面等離激元準連續域束縛態）為題發表在美國化學會旗下期刊《ACS Photonics》（影響因子：7.1）。文章通信作者為杜朝海研究員。文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.2c00673

審核編輯：李倩

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原文標題：ACS Photonics：人工局域表面等離激元準連續域束縛態

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人工局域表面等離激元準連續域束縛態

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