Epsilon-Near-Zero Bragg 微腔的光子掺杂

Epsilon-near-zero (ENZ) 光子学为极端色散工程、强场限制和非常规波现象提供了强大途径。一个密切相关的概念是 \textit{光子掺杂}，即嵌入在 ENZ 介质中的亚波长非磁性介电材料能够实现完美磁导体行为以及 epsilon 和 mu 同时近零状态等奇异响应。然而，由于光学 ENZ 材料的本征损耗，光子掺杂一直局限于微波与远红外波段。本文通过将介电 Mie 谐振器的周期阵列嵌入基于近截止 Bragg 微腔的超低损耗全介电 ENZ 平台中，展示了在光频下的光子掺杂。所得结构支持跨越电磁多极阶次及其倍频的、频谱隔离的准奇异耦合 Bragg--Mie 谐振。这些模式表现出有效的近零折射率色散，且场被限制在纳米颗粒内部或颗粒之间。一个代表性的 $14\,\mu\mathrm{m}$ 尺度掺杂结构在近红外波段表现出接近 $10^{4}$ 的品质因数以及超过 $5\times10^{3}$ 的磁偶极 Purcell 增强。所展示的平台将光子掺杂从仅限微波的概念提升为完全光学、低损耗且多极可解析的平台，实现了超窄带类 Mie 谐振、增强的磁光相互作用，并在多极选择性光谱学与激光、低阈值非线性光学以及高效单光子发射方面提供了新机遇。