我院先进材料与精细光谱课题组在各向异性有机晶体微腔中的连续域束缚态方向取得重要进展，相关工作“Bound states in the continuum in anisotropic organic-crystal-filled microcavities”发表于光学著名期刊《Photonics Research》，研究生冯仕达为第一作者，我院任佳欢博士、赵晓辉副教授，北京石油化工学院顾春玲副教授，首都师范大学廖清教授为共同通讯作者。
连续域束缚态(BIC)因具有无限高的品质(Q)因子、远场非辐射本征模式以及偏振涡旋奇点等独特性质，在低阈值激光、非线性光学、拓扑光子器件等领域拥有巨大应用潜力。传统光学BIC大多依靠光子晶体、超表面、光栅等周期性人工微纳结构实现，对微纳加工工艺、制备精度要求严苛，增加了器件制备的复杂度和成本，制约了BIC期间的进一步发展与实用化。如何摆脱复杂周期性结构，利用材料本征光学各向异性实现BIC，是当前微纳光子学领域亟待解决的关键问题。
针对上述难题，研究团队利用各向异性有机晶体BDAVBi嵌入金属微腔，依托有机晶体本征巨大光学各向异性，通过调控腔膜耦合诱导的损耗，无需引入光栅、超表面等周期结构，在室温条件下观测到Friedrich–Wintgen（FW）型共振耦合BIC。有机晶体BDAVBi金属微腔中分裂后的H偏振模式与V振模式具有不同的宇称,它们相互靠近并发生共振。有机晶体光滑侧面提供的优异光限制导致腔模出现离散能级,等效于有限势阱中的受限模式。H偏振模式与V偏振模式的共振以及有效有限势阱的共同作用, 通过模式交换损耗增强了H和V模式的相干抵消,即由于能量守恒和非厄米物理,所有辐射损耗可从一个态转移到另一个态,从而实现了非辐射准BIC。值得注意的是,在这些准BIC周围会出现明显的奇异涡旋偏振分布,具有清晰的偏振缠绕。结合BIC的超高Q特性与有机晶体的强激子特性,为实现极化激元器件和非线性光学提供了坚实基础。该微腔可实现晶体转移集成,直接作为原型器件发挥光芯片功能,从而为片上集成光路贡献了一种兼具极小尺寸与高集成度的核心器件原型。实现具有超高因子和动量空间涡旋偏振分布的BIC,对光电路、集成光学和偏振激光器的未来发展至关重要。
该研究工作得到了国家自然科学基金、河北省教育厅青年基金、河北大学高层次人才项目、河北大学自然科学跨学科研究项目的大力支持。
全文链接：https://doi.org/10.1364/PR.597324。
