Passive nonreciprocal transmission and optical bistability based on polarization-independent bound states in the continuum

双稳态 光隔离器 物理 极化(电化学) 光学双稳态 超材料 光学 光开关 纳米光子学 非线性光学 非线性系统 光电子学 量子力学 光纤 物理化学 化学
作者
Shiwen Chen,Yixuan Zeng,Zhongfu Li,Yu Mao,Xiaoyu Dai,Yuanjiang Xiang
出处
期刊:Nanophotonics [De Gruyter]
卷期号:12 (18): 3613-3621 被引量:14
标识
DOI:10.1515/nanoph-2023-0319
摘要

Abstract Free-space nonreciprocal transmission is a crucial aspect of modern optics devices. The implementation of nonreciprocal optical devices through optical nonlinearity has been demonstrated. However, due to the weak nonlinearity of traditional materials, most self-biased nonreciprocal devices are heavily dependent on the high Q strong resonances. In general, these resonances are frequently polarization sensitive. In this work, we propose ultrathin optical metasurface embedding Kerr nonlinearities to achieve nonreciprocal transmission and optical bistability for free-space propagation based on symmetry-protected bound states in the continuum (BICs). Since the structure of the metasurface retains C 4ν symmetry, the symmetry-protected BIC is polarization-independent. It is also shown that the nonreciprocal intensity range could be largely tuned by the structure parameters. The demonstrated devices merge the field of nonreciprocity with ultrathin metasurface technologies making this design an exciting prospect for an optical switch, routing, and isolator with optimal performance.
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