Ultrahigh- Q and ultrasensitive quasi-bound states in the continuum via asymmetric environment engineering of a photonic crystal slab

光子晶体 厚板 光学 耦合模理论 横截面 物理 非线性系统 光子学 正常模式 情态动词 非线性光学 光电子学 光子集成电路 辐射 衍射 模态分析 质量(理念) 极化(电化学) 平移对称性 材料科学 Crystal(编程语言) 量子光学 不对称 纳米光子学 导模共振
作者
Jun Zhang,X. Y. Ma,Yufang Liu,Hai Lu,Yu Kun
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:33 (23): 48227-48227
标识
DOI:10.1364/oe.578486
摘要

High-performance quasi-bound states in the continuum (QBICs) are pivotal for amplifying light-matter interactions, enabling low-threshold lasers, ultrasensitive sensors, and enhanced nonlinear effects. However, achieving QBICs typically requires breaking in-plane or vertical structural symmetry within the photonic system itself. Here, we present an approach to achieve ultrahigh Q -factors and highly sensitive QBICs by introducing controlled perturbations in the surrounding environment of a photonic crystal slab. Using mode expansion theory and a standing-wave guidance condition, we numerically demonstrate that diverse QBICs types under TE and TM polarizations can be accessed by engineering the asymmetric environments to control dominant radiation channels. Eigenmode analysis reveals that transverse modal properties of QBICs states critically govern their spectral shifts and quality factors. Furthermore, dual accidental QBICs spectral features can also be observed through simultaneous tuning of both the photonic crystal slab and its background parameters. Crucially, the transverse and longitudinal modal profiles of accidental QBICs states lead to a substantial enhancement in their refractive-index sensitivities to the surrounding environment. Our research results offer significant potential for ultrasensitive sensing and efficient frequency conversion applications.

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