Ultra-high Q-factor toroidal dipole resonance and magnetic dipole quasi-bound state in the continuum in an all-dielectric hollow metasurface

诺共振 偶极子 物理 激发态 电介质 共振(粒子物理) Q系数 折射率 多极展开 磁偶极子 光学 原子物理学 材料科学 光电子学 等离子体子 量子力学 谐振器
作者
Shaozhe Song,Shilin Yu,Hao Li,Tonggang Zhao
出处
期刊:Laser Physics [IOP Publishing]
卷期号:32 (2): 025403-025403 被引量:40
标识
DOI:10.1088/1555-6611/ac46cf
摘要

Abstract Fano resonance with high Q-factor plays a pivotal role in the field of optoelectronic applications, especially refractive index sensing. However, ultra-high Q-factor for metallic metasurfaces has been a challenge due to their great ohmic losses. Herein, we propose and numerically analyze an all-dielectric hollow metasurface in the near infrared region which consists of silicon cylinders with two asymmetric rectangular hollows. A sharp Fano resonance with modulation depth close to 100% excited by quasi-bound state in continuum, whose Q-factor can reach 8428 when δ = 40 nm. With the Cartesian multipole decomposition technique, the two excited Fano resonances can be characterized by toroidal dipole response and magnetic dipole (MD) response, respectively. It is worth noting that the Q-factor of MD mode can reach 17106. Moreover, the dependence of the transmission spectra on different geometric parameters is investigated as well. Due to their narrow linewidths and strong near-field confinement, the proposed structure can be applied to a refractive index sensor, yielding a maximum sensitivity ( S ) of 160 nm RIU −1 and a maximum figure of merit of 575 RIU −1 . It is believed that the proposed structure can offer an excellent prospect for biomedical, agriculture, and chemical sensing applications.
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