具有 Epsilon-Near-Zero 模式的梯度超表面中的空间编码极化超强耦合
光学
2025-06-06 v2 材料科学
应用物理
摘要
我们引入了一个利用广泛可用的材料实现光与物质之间超强耦合（USC）的平台。USC 是一种光与物质相互作用机制，其特征是耦合强度超过基态能量的 10%。它催生了新颖的物理现象，如高效单光子耦合和量子门，可应用于量子传感、非线性光学和低阈值激光。尽管在等离激元系统中已实现了早期演示，但由于光子场与材料共振之间的模式重叠通常较低，在提供更低损耗和高 Q 因子的介电平台上实现 USC 仍具挑战性。在这里，我们利用支持连续域中准束缚态的介电双梯度超表面，对光谱和耦合参数空间进行空间编码，并展示了超薄 SiO2 层中 epsilon-near-zero（ENZ）模式的 USC。我们锥形杆结构中强大的面外电场与 ENZ 模式的电场重叠极好，产生了 0.101 的归一化耦合强度以及相当于 ENZ 模式能量 20% 的模式分裂；与以往方法相比提高了四到五倍。我们方法的强场限制为紧凑且可扩展的极化激元器件（如可调谐频率转换器和低能耗光调制器）开辟了新的可能性。
引用
@article{arxiv.2502.13941,
title = {Spatially Encoded Polaritonic Ultra-Strong Coupling in Gradient Metasurfaces with Epsilon-Near-Zero Modes},
author = {Enrico Bau and Andreas Aigner and Jonas Biechteler and Connor Heimig and Thorsten Goelz and Stefan A. Maier and Andreas Tittl},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.13941},
year = {2025}
}