我室研究生葛俊洋（第一作者）、高一骁特聘副研究员（通讯作者）、沈祥研究员联合英国诺丁汉特伦特大学、国科大杭州高等研究院研究团队近期在红外光吸收领域研究取得进展，并在Chinese Optics Letters期刊上发表了题为“Dual-symmetry-perturbed all-dielectric resonant metasurfaces for high-Q perfect light absorption”的论文，文章链接：https://www.researching.cn/EN/HPArticle/COL-23-0683?type=en

       实现薄膜对光的完美吸收对于各种光电子应用至关重要，具有窄带光吸收特性的薄膜光器件在光电探测、传感、热辐射调控和非线性光学等方面有着具有巨大的潜力。简并临界耦合为实现完美光吸收提供了一种很有前途的方法，它需要一对光谱重叠的共振，且每个共振的辐射损耗与相应的介质吸收损耗需要精确匹配，以实现每个临界耦合共振贡献50%的吸收。然而，实现这一条件是极具挑战。为了解决这一难题，本文研究者提出了一种基于双对称（反射对称性和平移对称性）扰动全介质超表面的超薄高Q完美吸收器，可以通过扰动相应的对称性来独立控制单一共振的Q因子以满足简并临界耦合条件，能够实现高Q完美吸收。

       在该工作中，研究人员利用了两种类型的BIC共振，分别为在锗基二聚体超表面中由平移对称性保护的ED_o-BIC和由反射对称性保护的ED_i-BIC，其Q因子可以通过扰动相应的对称性来独立控制。通过微调两个对称性的扰动，实现了同时匹配两个简并共振的辐射和非辐射Q因子以满足简并临界耦合条件，并在λ₀ = 1550 nm处且厚度为0.2λ₀的双共振锗二聚体超表面上实现了吸收率大于99%且Q因子大于600的高Q完美吸收。图1显示了基于双对称扰动二聚体超表面的全介质高Q完美吸收器的示意图，可以看出二聚体单元结构上下相对错开时可引入反射对称性扰动，左右彼此接近时可引入平移对称性扰动，分别打开ED_i-BIC和ED_o-BIC的辐射通道。图2体现出两种对称扰动形式对共振Q因子的灵活调控特性。图3展示了不同结构参数下的锗基二聚体多共振超构表面对光的近完美吸收特性。该论文的研究成果为新型窄带光吸收器件的实现提供了一种新的设计思路。

图1 (a)锗基多共振超构表面示意图。结构单元对称性的扰动示意：(b)未受扰动； (c)仅受反射对称性扰动；(d)仅受平移对称性扰动；(e)既受反射对称性扰动，又受平移对称性扰动。

图2 (a)不同对称性扰动下的透射谱。两种共振的Q因子与两种对称扰动的关系：(b) ED_o-BIC；(c) ED_i-BIC。

图3 不同单元结构（ly）的锗基共振超构表面的吸收谱：(a)100nm；(b)150nm；(c)200nm。