介质超表面中高Q值谐振的时域耦合模理论
光学
2025-12-04 v2
摘要
在这项工作中，我们提出了一种用于周期性介质超表面中准导模谐振响应的耦合模理论。首先，我们通过能量守恒和时间反演对称性，推导出一组施加在时域耦合模理论参数上的通用约束，其形式具有不变性，允许耦合与解耦系数之间存在不对称性。所提出的方法被应用于镜面反射区域中孤立准导模引起的Fano谐振问题。我们的核心成果是在二维电动力学框架下，针对无损耗超表面透射率中的Fano谐振线型，推导出了一个通用公式。我们考虑了超表面基本单元的所有可能对称性，并揭示了对称性对孤立高Q值模式引起的Fano谐振轮廓所产生的影响。研究表明，所提出的方法正确地描述了光谱中稳健的反射和透射零点以及连续域中束缚态的光谱特征。该方法被应用于具有不对称基本单元的超表面中的单向导模谐振模式。研究发现，此类模式的存在及其光谱附近的透射率与理论预测一致。此外，该理论预测，一个单向导模谐振模式与一种特殊类型的反向传播模式是对偶的，后者与超表面两侧的出射波耦合，但仅表现出与入射波的单侧耦合。
引用
@article{arxiv.2505.00396,
title = {Temporal coupled mode theory for high-$Q$ resonances in dielectric metasurfaces},
author = {Dmitrii N. Maksimov and Pavel S. Pankin and Dong-Wook Kim and Mingzhao Song and Chao Peng and Andrey A. Bogdanov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.00396},
year = {2025}
}