Экспериментальная демонстрация множественных резонансов Фано в зеркальной решетке из раскола.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 15846 (2022) Цитировать эту статью

939 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В данной работе продемонстрировано первое экспериментальное наблюдение множественных резонансов Фано в терагерцовом диапазоне в системе на основе массива зеркально-симметричных резонаторов с разъемным кольцом, нанесенных на подложку из политетрафторэтилена (ПТФЭ) с низкими потерями и низким показателем преломления. Впервые селективная активация поверхности, вызванная лазерной технологией, была использована для нанесения слоя меди на подложку из ПТФЭ с дальнейшим применением стандартной масочной литографии для изготовления метаповерхности.

Резонансы типа Фано наблюдаются в метаповерхностях из разъемных кольцевых резонаторов (СРР). Для его получения в SRR вводится дополнительная асимметрия. Обычно кольцо разбивается на две части разной длины, где возбуждается так называемая «темная мода», ответственная за появление резонанса Фано1. Благодаря слабой связи темной моды с внешними электрическими полями резонанс Фано демонстрирует высокое резонансное качество. Поэтому ожидается, что такой метаматериал может найти применение при разработке различных сенсоров2.

Из-за различных требований к применению исследовательский интерес к области резонансов Фано распространился от одного резонанса Фано до нескольких резонансов Фано. Мультиспектральные резонансы Фано перспективны в многоканальном биохимическом зондировании3, многополосной генерации второй гармоники4 и многополосных поглотителях/излучателях5. В то время как одиночный резонанс Фано возникает в результате объединения одной яркой моды и одной темной моды, объединение яркой моды с несколькими темными модами может привести к образованию нескольких резонансов Фано. Множественные резонансы Фано создаются путем введения новых асимметрий в плоскую периодическую структуру6, коллективного возбуждения решетки метамолекулы, состоящей из двух разных резонаторов метаматериала7, путем связи между поверхностной плазмон-поляритонной модой и многопорядковыми планарными волноводными модами8. Множественные резонансы Фано в волноводных структурах металл-изолятор-металл с различной формой полостей9 привлекли внимание многих исследователей благодаря своим выдающимся характеристикам, включая простоту интеграции и глубокое субволновое ограничение света в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Было предложено, чтобы структуры гибридного метаматериала волновода (HMW) создавали множественные пики Фано, вызванные деструктивной интерференцией темных квазинаправленных и ярких плазмонных мод. Теоретические соображения показали, что благодаря многомодовым характеристикам пластинчатого волновода конструкция ВМВ может предложить простой способ реализации множественных резонансов Фано в простых металлических резонаторах, работающих в дальнем инфракрасном и терагерцовом спектральном диапазонах10,11,12. Недавно в диапазоне частот ГГц экспериментально была продемонстрирована множественная электромагнитно-индуцированная прозрачность с использованием двухслойной метаповерхности13 и расширение сверхширокополосного преобразования поляризации с использованием множественных резонансов Фано14. В обоих случаях для достижения множественных резонансов элементарные ячейки предлагаемых метаповерхностей были довольно сложными.

В этой работе мы представляем первое экспериментальное наблюдение множественных резонансов Фано в терагерцовом диапазоне в системе ВМВ на основе массива зеркально-симметричных резонаторов с разъемным кольцом15,16. Мы предлагаем схему наблюдения множественного резонанса Фано посредством взаимодействия плазмонной моды с диэлектрическими волноводными модами, возникающими в зеркально-симметричной матрице SRR, нанесенной на подложку из политетрафторэтилена (ПТФЭ) с низкими потерями и низким показателем преломления. При увеличении толщины подложки возбуждаются более высокие волноводные моды. В результате они взаимодействуют с плазмонной модой и возникают множественные резонансы Фано. Количество резонансов Фано и их характеристические частоты можно просто регулировать, изменяя толщину подложки. Примечательно, что наша конструкция обеспечивает открытый (без оболочки) волновод с большим потенциалом для создания многоволновых биосенсоров, датчиков показателя преломления и фильтров.