2023年7月6日，重慶大學(xué)韓德專(zhuān)教授課題組與復(fù)旦大學(xué)資劍教授課題組合作，在物理學(xué)頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上發(fā)表了題為“General bound states in the continuum in momentum space”的研究論文。該論文以重慶大學(xué)為第一單位和通訊單位，重慶大學(xué)青年教師蔣瞧和博士生胡鵬（已畢業(yè)）為共同第一作者，韓德專(zhuān)和資劍為共同通訊作者。

支持共振模式的光子晶體平板已經(jīng)成為研究動(dòng)量空間中偏振奇點(diǎn)的一個(gè)理想平臺(tái)。在動(dòng)量空間中，不同類(lèi)型的偏振奇點(diǎn)，包括渦旋偏振奇點(diǎn)(V點(diǎn))和圓偏振態(tài)(C點(diǎn))已經(jīng)被揭示并在實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察到。在V點(diǎn)，由于遠(yuǎn)場(chǎng)輻射消失，對(duì)應(yīng)的Bloch模式?jīng)]有泄漏，因此被稱(chēng)為連續(xù)譜中的束縛態(tài)(BIC)。在保持光子晶體平板的對(duì)稱(chēng)性的前提下，通過(guò)改變系統(tǒng)參數(shù)，BIC可以沿著動(dòng)量空間的高對(duì)稱(chēng)性線(xiàn)連續(xù)移動(dòng)。最近的研究表明，可以通過(guò)打破系統(tǒng)的所有面內(nèi)鏡像對(duì)稱(chēng)性將BIC從動(dòng)量空間的高對(duì)稱(chēng)性線(xiàn)上移動(dòng)到非高對(duì)稱(chēng)性點(diǎn)。然而，在不改變光子晶體平板對(duì)稱(chēng)性的情況下，在動(dòng)量空間高對(duì)稱(chēng)線(xiàn)以外是否存在BIC仍然是一個(gè)謎。在本工作中，我們利用動(dòng)量空間中的偏振圖研究了偏振奇點(diǎn)的分布和演化。包括V點(diǎn)(BIC)和C點(diǎn)在內(nèi)的偏振奇點(diǎn)對(duì)應(yīng)著偏振圖的頂點(diǎn)。可以證明，偏振圖中的每一個(gè)面所具有的拓?fù)浜杀厝粸榱悖@表明了不同k點(diǎn)上的偏振奇點(diǎn)之間具有一種非局域的關(guān)聯(lián)性。

基于上述偏振圖所揭示的偏振奇點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，團(tuán)隊(duì)首次證明了在不降低系統(tǒng)對(duì)稱(chēng)性的情況下，BIC可以在動(dòng)量空間的高對(duì)稱(chēng)性線(xiàn)之外穩(wěn)定存在，并將這一類(lèi)BIC稱(chēng)之為“general BIC”。進(jìn)一步地，通過(guò)改變系統(tǒng)的幾何參數(shù)，觀(guān)察到了與這種普遍BIC相關(guān)的兩類(lèi)有趣的過(guò)程，包括兩個(gè)普遍BIC與一個(gè)高對(duì)稱(chēng)線(xiàn)上BIC合并導(dǎo)致了后者拓?fù)浜傻姆D(zhuǎn)，以及兩個(gè)攜帶相反拓?fù)浜傻钠毡锽IC在動(dòng)量空間高對(duì)稱(chēng)性線(xiàn)之外合并，并最終導(dǎo)致拓?fù)浜射螠纭?/p>

該工作揭示了光子晶體平板體系中BIC在動(dòng)量空間中的普遍存在性，為動(dòng)量空間中BIC的分布提供了一個(gè)更加完整的圖像。所發(fā)現(xiàn)的高對(duì)稱(chēng)線(xiàn)之外的BIC為實(shí)現(xiàn)偏振奇點(diǎn)調(diào)控提供了新機(jī)理，對(duì)可調(diào)控矢量光場(chǎng)激光器、渦旋光場(chǎng)生成以及光場(chǎng)偏振調(diào)控等方面的研究具有重要價(jià)值。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金和中央高校專(zhuān)項(xiàng)基金等等的資助。

圖. 動(dòng)量空間中的偏振圖。(a)偏振圖及其對(duì)偶圖。BIC和C點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)偏振圖中不同顏色邊的交點(diǎn)和連接點(diǎn)。(b)偏振圖中面的拓?fù)浜蔀榱恪?c)對(duì)偶圖中面的拓?fù)浜傻扔谄駡D中對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的拓?fù)浜伞?/p>

文章鏈接：

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.013801