基于声学-固体耦合的高 Q 因子 Friedrich-Wintgen QBIC 实现及其感测应用
应用物理
2025-07-16 v1
摘要
近年来，由于其理论上极高的共振品质因子 (Q 因子)，界域共振态 (BIC) 在感测领域引起了广泛关注。在此类 BIC 中，Friedrich-Wintgen (F-W) BIC 尤为有前景，因为其通过不同耦合模式之间的干涉产生，且易于实现。大多数现有的 F-W BIC 都是通过波导与共振腔之间的干涉在开放系统中实现的。然而，随着现代化学与生物感测对更高分辨率和灵敏度需求的增长，传统开放系统 F-W BIC 的实际测量 Q 因子往往远低于预期。在本工作中，我们通过声学-固体耦合引入 F-P 共振，探讨准闭合系统中高 Q 因子 F-W BIC 的形成机制与实现方法，并进一步研究其在气体感测中的应用。首先建立了一个结合弹性波与声波于准闭合腔内的耦合共振模型。运用耦合模理论计算局域模与辐射模的本征模。基于此，构建该耦合系统的哈密顿矩阵，推导声学传递谱。结果表明，声学-固体耦合诱导的 F-W BIC Q 因子显著高于开放系统，实验验证了这一点。基于此，开发了一种基于声学-固体耦合 F-W BIC行为的气体浓度感测技术。随后制造了感测装置并完成气体浓度测量。实验结果显示，对不同浓度气体的响应显著，确认了该新型气体感测方法的可行性与可靠性。
引用
@article{arxiv.2507.11390,
title = {Realization of Friedrich-Wintgen QBIC with high Q-factors based on acoustic-solid coupling and sensing applications},
author = {Bowei Wu and BoyueSu and Shuanghuizhi Li and Tingfeng Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.11390},
year = {2025}
}