Onderzoekers ontdekken een nieuw type oppervlakteroosterresonantie

(a) Schema’s van de tweedimensionale periodieke siliciumschijven onder schuine inval met TM- of TE-polarisatie. De schijven hebben diameter 𝑑d, hoogte ℎh en roosterperioden ΛΛ in 𝑥x- en 𝑦y-richtingen. (b) Gesimuleerde reflectie- en transmissiespectra van de siliciumschijfarray onder schuine inval van 𝜃 = 15 met TM-polarisatie. De verticale stippellijn geeft de (−1,0) RA-golflengte aan. (c)–(f) Elektrisch veldverdelingen in het nabije veld |𝐸²(kleur voor intensiteit en pijlen voor richtingen) en (g)–(j) Poynting-vectorkaarten bij de vier resonantiegolflengten aangegeven in (b): 𝜆 = 1130λ = 1130 nm, 1184.4184,4 nm, 1312.21312.2 nm en 1336.21336. 2 nm van links naar rechts. In (c)–(j) wordt de siliciumschijf omlijnd door de rechthoek. Credit: Optica Express (2022). DOI: 10.1364/OE.471356

Diëlektrische nanostructuren met hoge index die elektrische en magnetische resonanties ondersteunen, zijn naar voren gekomen als nieuwe bouwstenen in nanofotonica voor nieuwe functionaliteiten.

Door deze nanostructuren periodiek te rangschikken, kan de coherente interferentie tussen de gelokaliseerde Mie-resonanties van enkele nanostructuren en het in het vlak afgebogen licht resulteren in de zogenaamde Mie-oppervlakteroosterresonanties (SLR’s).

Onderzoekers van het Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen onderzochten de periodieke silicium nanoschijven onder schuine inval met transversale magnetische polarisatie, en ontdekten out-of-plane Mie elektrische dipooloppervlakteroosterresonantie (ED-SLR) voor de eerste keer.

De studie is gepubliceerd in Optica Express op 7 sept.

Het team ontdekte dat de out-of-plane Mie ED-SLR samen met de in-plane elektrische dipool SLR (ED-SLR), magnetische dipool SLR (MD-SLR) en magnetische quadrupool SLR (MQ-SLR) in periodieke silicium nanoschijven onder schuine inval. Ze ontdekten dat de out-of-plane Mie ED-SLR onder dezelfde omstandigheden vier keer grotere kwaliteitsfactoren zou kunnen hebben dan de in-plane.

Het team van Li merkte op dat, in tegenstelling tot de out-of-plane plasmonische ED-SLR, die een subradiant of donkere modus is, de out-of-plane Mie ED-SLR kan worden behandeld als een heldere modus, en een duidelijke near-field optische distributies en spreidingsrelaties.

“Dit komt omdat het dipoolveld voor Mie ED-SLR wordt geïnduceerd door verplaatsingsstromen, en de plasmonische ED-SLR’s worden geïnduceerd door vrije elektronengassen,” zei Dr. Li Guangyuan, corresponderend auteur van het onderzoek.

De onderzoekers ontdekten ook dat de out-of-plane Mie ED-SLR een symmetrie-beschermde gebonden toestand in het continuüm bij normale incidentie kan definiëren. Dit komt omdat de Mie ED-SLR uit het vliegtuig niet mag zenden bij normale inval. Voor kleine invalshoeken kan de kwaliteitsfactor zelfs oplopen tot 10⁴.

“Dit werk biedt een nieuwe benadering voor het bereiken van ultrahoge kwaliteitsfactoren van Mie-spiegelreflexcamera’s in diëlektrische meta-oppervlakken,” zei Dr. Li. “Bovendien opent het naast elkaar bestaan ​​van meerpolige spiegelreflexcamera’s nieuwe perspectieven voor het manipuleren van licht-materie-interacties.”