近零折射率光子晶体设计的通用框架

近零折射率介质对于控制光与物质的相互作用具有重要意义，但电信波段中的均匀近零折射率材料仍然有限，并且常常遭受显著的损耗。光子晶体由于其可调谐性和使用低损耗组成材料而提供了一种有吸引力的替代方案。本工作提出了一个用于设计介电常数近零、磁导率近零以及介电常数和磁导率均近零光子晶体的预测框架。我们证明了狄拉克锥与介电常数和磁导率均近零行为之间的等价性，表明在法向入射下，Gamma点的狄拉克锥对于获得有效的介电常数和磁导率均近零响应既是必要的也是充分的。该结果表明，狄拉克锥的存在完全决定了光子晶体的近零折射率响应，而与材料组成无关。该预测基于模式对称性普适性和有效介质理论。该方法能够通过单元结构的几何调谐在介电常数近零-磁导率近零和介电常数和磁导率均近零状态之间切换。并在三角形和矩形晶格上得到验证。总的来说，这项工作为近零折射率光子晶体提供了一种预测性设计策略，取代了试错优化。它也可能影响电信波段中的超材料以及量子通信中的应用。