连续谱中的束缚态（BICs）是存在于辐射背景中的特殊光学模式，其能量被完全局域在结构内部而不发生泄漏。这种模式在理论上具有无限的品质因子（Q因子）和极强的场局域能力。对于对称性保护BICs(SP BICs)而言，可以通过打破对称性可将其转化为超高Q准BICs，并产生显著的场增强效应。准BIC为激光器、高灵敏度传感、量子强耦合及非线性谐波产生等领域带来革命性潜力。然而，迄今为止报道的大多数研究工作都集中在单个 BIC或双 BICs上，而多波段应用（如生物多光谱检测、和频生成，四波混频）则需在同一平台集成多个可调谐的高Q共振态。
华东师范大学李林研究员与黄陆军研究员联合团队提出创新性设计，在六角晶格光子晶体平板（PCS）中，通过设计椭圆孔结构首次实现四个高Q共振态协同激发。其中两个 BICs 属于合并BICs, 拓扑电荷q=−2，而另外两个是正常对称性保护BICs。通过打破旋转对称性𝐶6𝑣到𝐶2𝑣，前两个合并BIC 将分别拆分为两个偶然BICs。同时，另外两个 BICs 的性质被保留。研究发现，前两个准BIC在Γ点的Q因子随非对称参数的变化在旋转椭圆孔PCS中呈现不同的下降趋势，表明可以方便地在法向入射下实现高Q共振。后两个SP BICs具有稳定的高Q值，理论上超过108，但对入射角非常敏感，轻微偏离即可显著降低Q因子。最后，团队通过制造一系列带有椭圆孔的六角晶格样品来验证了多个高Q共振，四个Q>1000的高Q共振同时在 PCS 中实现。测得的四个准 BIC 的谐振波长和Q因子与理论预测非常吻合。最大的Q因子高达16,764。该研究结果在四波混频、和频、差频以及多目标传感等应用中具有重要的应用价值。
该研究成果以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一单位发表于Photonics Research，第一作者为华东师范大学在读博士李双利。黄陆军研究员、尹亚玲副教授和李林研究员为共同通讯作者。
图1 Photonics Research 报道通过在光子晶体板中对称性破坏实现多准BIC共振
论文原文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.547681
