Fibers based on propagating bound states in the continuum
我们发现，一个圆形的周期阵列的$N$介电圆柱体支持近束缚态的连续（BIC）沿圆柱体传播。这些传播的近BIC具有非常大的$Q$因子的顺序$exp(λN)$的谐振模式弱泄漏到辐射连续包围。我们目前泄漏区附近的不同类型的BIC：对称保护的近BIC的谐振宽度成正比的平方传播常数$Γ\sim k_z^2$，非对称保护的近BIC的有限传播常数$k_c$与$Γ\sim (k_z-k_c)^2$和非对称保护的近BIC与$Γ\sim k_z^4$。后者传播接近BIC，可用于传输电磁信号，为新型光纤铺平了道路。我们还证明了弱泄漏的共振模式进行轨道角动量。
2018-04-18 physics.optics
Quasibound states in the continuum in terahertz free-standing metal complementary periodic cross-shaped resonators
我们在太赫兹（THz）频率下，在自支撑金属互补周期十字形谐振器（CPCR）中实现了具有高Q因子的连续介质（BIC）中的准束缚态。这种诱导的准BIC产生于CPCR的镜像对称性的破坏。通过适当调整非对称因子，准BIC的实测Q因子可达102，低于由于系统分辨率的限制而模拟的Q因子166。我们还模拟了准BIC处的电场大小和矢量分布，发现电偶极子之间的异相排列。在这种薄的独立金属结构中实现的尖锐准BIC可以立即提高太赫兹波操纵或生物分子传感器中的滤波器和传感器的性能。
2020-07-16 physics.optics
Perturbation theories for symmetry-protected bound states in the continuum on two-dimensional periodic structures
在周期方向上具有反射对称性的介质周期结构上，可以存在反对称驻波（ASW），其是连续介质中的受保护束缚态（BIC）。BIC已经发现了许多应用，主要是因为它们产生了具有极大品质因子（$Q$因子）的谐振模式。ASW对结构的对称扰动是鲁棒的，但是如果扰动是非对称的，则ASW变成共振模式。受扰动结构上的谐振模式的$Q$因子通常为$O(1/δ^2)$，其中$δ$为扰动的幅度，但特殊扰动可产生具有较大$Q$因子的谐振模式。对于二维（2D）周期性结构的一维周期性，我们推导出的扰动轮廓，使$Q$ -因子是$O(1/δ^4)$或$O(1/δ^6)$的条件。对于未扰动的结构，ASW被具有非零布洛赫波矢的谐振模式包围。对于2D周期性结构，附近谐振模式的$Q$因子通常是$O(1/β^2)$，其中$β$是布洛赫波数。我们表明，$Q$ -因素可以是$O(1/β^6)$，如果ASW满足一个简单的条件。
2019-11-09 physics.optics
Parametric dependence of bound states in the continuum in periodic structures: vectorial cases
夹在两个均匀介质之间的周期性结构可以支持在许多应用中有价值的连续体中的束缚态（BIC）。已知的是，具有上下镜像对称性和面内反转对称性的周期性结构中的通用BIC相对于保持这两种对称性的结构扰动是鲁棒的。对于具有一个周期方向和上下镜像对称性（没有面内反转对称性）的二维（2D）结构，最近建立了通过调整单个结构参数可以找到一些标量BIC。在本文中，我们分析了矢量BIC在这样的二维结构，并表明，一个典型的矢量BIC与非零波数在两个不变的和周期的方向只能通过调整两个结构参数。利用全阶摄动方法，我们证明了这样一个向量BIC存在作为一个曲线在三维空间中的三个通用参数。我们的理论进行了验证的数值例子涉及周期性阵列的介质柱。数值结果还表明，当结构参数变化时，如果同时考虑BIC和圆偏振态（CPS），拓扑电荷守恒。我们的研究揭示了周期结构中BIC的一个基本性质，并为寻找对称性较差结构中的BIC提供了一种系统的方法。
2021-05-28 physics.optics
Bloch bound states in the radiation continuum in a periodic array of dielectric rods
我们考虑一个无限周期阵列的介质棒在真空中的目的是证明三种类型的布洛赫束缚态的连续（BSC），对称性保护与零布洛赫矢量，嵌入到一个衍射通道与非零布洛赫矢量，并嵌入到两个和三个衍射通道。第一种和第二种类型的BSC存在于棒的材料参数的宽范围内，而第三种仅发生在棒的半径的特定值处。我们表明，第二种类型的支持沿阵列的功率通量。为了找到平衡计分卡，我们提出了一种基于Hankel函数展开的方法。我们展示了如何BSC揭示自己的散射函数时，奇异BSC点接近沿参数空间中的特定路径。
2014-11-17 physics.optics
Frequency perturbation theory of bound states in the continuum in a periodic waveguide
在无损耗周期性结构中，连续介质中的束缚态（BIC）的特征在于实频率和实布洛赫波矢量，对于该波矢量，存在在周围介质中传播到无穷远或从无穷远传播的波。对于应用，重要的是要分析高$Q$共振，要么自然存在的波矢量附近的BIC或出现时，结构被扰动。现有的理论提供了定量结果的复杂频率（和$Q$ -因素）的谐振模式出现/存在，由于结构扰动或波矢量变化。当一个周期性结构被看作是一个周期性波导，本征模式往往是分析一个给定的实际频率。本文研究了具有BIC的周期波导，并研究了BIC频率附近的实频率下的本征模。事实证明，BIC附近的这种本征模总是具有复布洛赫波数，但它们可能是也可能不是泄漏模，横向辐射功率到无穷大。这些本征模也可以是在横向方向上指数衰减的复模。我们的研究对于BIC在光波导中的应用具有重要意义，同时也有助于分析工作在BIC频率附近的光子器件。
2022-06-28 physics.optics
Bound states with complex frequencies near the continuum on lossy periodic structures
在夹在两个均匀介质之间的无损耗周期性介质结构上，可能存在具有实频率和实布洛赫波矢量的连续介质中的束缚态（BIC），并且它们在周围均匀介质中指数衰减，并且不与具有相同频率和波矢量的传播平面波耦合。BIC是当前重要的兴趣，因为当结构或布洛赫波矢稍微扰动时，它们产生高$Q$共振。在本文中，小的材料损失的BIC的影响进行了分析的摄动方法和数值结果说明。结果表明，在连续谱附近出现了具有复频率的束缚态，但它们的行为不同，这取决于BIC是否是安全保护的。如果原始BIC是安全保护的，则具有复频率的束缚态的Bloch波矢量可以是实的，而如果原始BIC不是安全保护的，则通常是复的。本文的研究不仅加深了对BIC的理论认识，而且为BIC的实际应用提供了有益的启示.
2019-10-05 physics.optics
Resonant field enhancement in lossy periodic structures supporting complex bound states in the continuum
夹在两个无损耗均匀介质之间的有损耗周期性结构中的谐振模式形成连续依赖于布洛赫波矢的带，并且由于辐射和吸收损耗而具有复频率。连续介质中的复合束缚态（cBIC）是在这样的带中具有零辐射损耗的特殊态。入射到周期性结构上的平面波引起共振增强的局部场。本文导出了场增强的严格公式，并分析了场增强与入射波的频率、波矢和振幅的关系。对于多个辐射通道的共振，我们确定的入射波，最大限度地提高了场增强，并找到条件下，场增强可以与辐射和耗散品质因数。我们还表明，相对于布洛赫波矢，最大的场增强时，获得近似的辐射和耗散品质因数是相等的。我们的研究澄清了与场增强相关的各种因素，并为强局部场很重要的应用提供了有用的指导。
2021-08-12 physics.optics
Bound states in the continuum with high orbital angular momentum in a dielectric rod with periodically modulated permittivity
本文报道了一个无限长的介质棒中的辐射连续谱束缚态，介质棒的介电常数从$ε_1$到$ε_2$周期性地逐步调制。对于空气中的$ε_2=1$，杆等效于具有介电常数$ε_1$的电介质盘的堆叠。由于旋转和平移对称性的BSC分类的轨道角动量$m$和布洛赫波矢量$β$沿杆。对于$m=0$和$β=0$，对称保护的背散射电流具有确定的极化，并出现在较宽的棒半径和介电常数范围内。具有$m\neq 0, β=0$的更多参与的BSC仅存在于固定介电常数下的杆的选定半径。证明了具有$β\neq 0, m=0$的稳健布洛赫BSC的存在。也被认为是一个均匀的杆和非常薄的磁盘的渐近极限。
2017-06-21 physics.optics
Metasurfaces with bound states in the continuum enabled by eliminating first Fourier harmonic component in lattice parameters
传统的光子晶格，如超材料和光子晶体，表现出各种有趣的物理特性，这归因于晶格参数的周期性调制。在这项研究中，我们介绍了新类型的光子晶格，即傅立叶组件工程超颖表面，不具有晶格参数中的第一傅立叶谐波分量。我们证明，这些超颖表面支持连续的高$Q$第二阻带附近的束缚态。周期调制中的工程傅里叶谐波分量的概念为在人工周期结构中操纵电磁波提供了一种新的方法。
2021-04-05 physics.optics
Fourier modal method for perturbation analysis of bound states in the continuum
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；City University of Hong Kong（香港城市大学）
本文提出基于傅里叶模态方法的数值工具，用于高效求解BIC附近共振态的微扰方程，捕捉高阶渐近标度，助力BIC理论分析与器件设计。
2026-09-15 physics.optics
Circularly polarized states and propagating bound states in the continuum in a periodic array of cylinders
夹在两个均匀介质之间的周期性结构中的连续束缚态在光子学中具有有趣的性质和有用的应用。BIC的拓扑性质以前揭示了基于与周围共振态的远场极化矢量相关的拓扑电荷。最近，人们已经确定，当一个具有非零拓扑电荷的受保护的BIC被一个一般的破环微扰破坏时，会出现一对圆极化共振态（CPS），并且净拓扑电荷是守恒的。周期性结构还可以支持具有非零波矢量的传播BIC。这些BIC在对称失配的意义上不受对称性保护，但它们需要对称性以实现其鲁棒存在。基于一个高度精确的计算方法的周期性阵列的略非圆形的圆柱体，我们表明，传播BIC通常被破坏的结构扰动，只打破了平面内的反演对称性，当这种情况发生时，一对CPS的相反的手出现，使净拓扑电荷是保守的。我们还研究了当结构参数变化时，CPS的产生和湮灭。结果表明，两个拓扑电荷相反、旋向相同的CPS，连接到两个BIC或从一个BIC连续分支，可以崩溃，成为一个具有零电荷的CPS。我们的研究阐明了对称性和拓扑电荷守恒之间的重要联系。
2021-02-25 physics.optics
Conditional robustness of propagating bound states in the continuum on biperiodic structures
对于夹在两个均匀介质之间的周期性结构，连续介质中的束缚态（BIC）是具有辐射连续介质中的频率的引导布洛赫模式。光学BIC已经发现了许多应用，主要是因为它们产生具有超高品质因数的谐振。如果周期性结构具有相关的对称性，则BIC可以具有与相同频率的传入和传出传播波以及兼容的波矢量的对称性失配，并且被认为是受对称性保护的。具有非零布洛赫波矢的双折射晶体已经在许多高度对称的周期结构中被发现。它们不受通常意义上的对称性的保护（即，不存在对称性失配），但是它们中的一些似乎依赖于对称性来实现它们的存在和鲁棒性。在本文中，我们表明，低频传播BIC（只有一个辐射通道）的双周期结构与反转对称的周期平面和反射对称的垂直方向是鲁棒的保序结构扰动。换句话说，当双周期结构稍微扰动时，传播的BIC以稍微不同的频率和稍微不同的布洛赫波矢量继续其存在，从而保持反转和反射对称性。我们的研究增强了对周期结构上BIC的理论理解，并为它们的应用提供了有用的指导。
2020-12-10 physics.optics
Singular value decomposition to describe bound states in the continuum in periodic metasurfaces
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
提出利用有效转移矩阵和散射矩阵的奇异值分解，给出BIC形成的通用条件，并通过多极共振阵列验证了该方法在预测BIC位置及准BIC行为上的有效性。
2026-06-15 physics.optics
Is single-mode lasing possible in an infinite periodic system?
在这封信中，我们提出了一个严格的方法来研究周期激光系统的稳定性。在线性模型中，连续模的存在（具有任意接近的激光阈值）给人的印象是，在无限系统的极限中不能保持稳定的单模激光。然而，我们表明，麦克斯韦-布洛赫方程的非线性效应可以导致稳定的系统阈值附近给出一个简单的稳定性条件的激光失谐的符号相比，带曲率。我们研究了带边（1D）和约束连续（2D）激光模式，并验证我们的稳定性结果对时域模拟。
2020-07-24 physics.optics
Bound states in the continuum in periodic structures with structural disorder
以两层平行介质柱构成的周期性光子结构为例，研究了结构无序对从束缚态到准束缚态跃迁的影响.我们发现的特殊性，在鲁棒性的安全保护和意外BIC对各种类型的结构紊乱。我们分析了结构无序引起的空间模局域化如何有效地减小系统长度并限制准BIC的Q因子。我们的研究结果是必不可少的实际实施的BIC，特别是在自然和自组装光子结构，其中的结构无序起着至关重要的作用。
2021-08-24 cond-mat.dis-nn physics.optics
Extremely Narrow, Sharp-Peaked Resonances at the Edge of the Continuum
本研究揭示了驱动势阱共振在连续谱边缘的临界变窄与尖锐峰现象，通过半解析模型、数值模拟及薄膜反射实验验证，并指出其可用于高效窄带光滤波。
2022-11-03 physics.optics
Resonant field enhancement near bound states in the continuum on periodic structures
在夹在两个均匀介质之间的周期性结构上，连续介质中的束缚态（BIC）是具有辐射连续介质内的频率的引导布洛赫模式。BIC是有用的，因为它们产生高质量因子（$Q$ -因子）共振，其增强了具有给定入射波的衍射问题的局部场。对于周期性结构上的任何BIC，总是存在具有接近无穷大的$Q$因子的谐振模的周围族。我们使用解析和数值方法分析了BIC周围的场增强。基于微扰方法，我们证明了场增强与$Q$因子的平方根成正比，并依赖于伴随谐振模式及其与入射波的耦合效率。数值结果显示了不同的BIC的场增强和布洛赫波矢之间的不同的渐近关系。我们的研究提供了一个有用的应用程序依赖于共振增强局域场的指南。
2019-11-22 math-ph math.MP physics.optics
Parametric Dependence of Bound States in the Continuum on Periodic Structures
连续统束缚态（BIC）在光子学中具有一些不寻常的性质和重要的应用。夹在两个均匀介质之间的周期结构是观测BIC和实现其应用的最流行的平台。现有的BIC研究假设周期结构具有关于垂直于周期层的轴的$C_2$旋转对称性。已知如果周期性结构被破坏$C_2$对称性的一般扰动扰动，则所有BIC转向具有有限品质因数的共振态，并且如果扰动保持$C_2$对称性，则典型BIC继续存在。我们研究了典型的BIC如何依赖于通用的结构参数。对于一类具有一个开放辐射通道的BIC，我们证明了在两个类属参数的平面内，BIC作为曲线连续存在。因此，BIC可以存在于没有$C_2$对称性的周期性结构上，并且它们可以通过调整单个结构参数来找到。结果是建立解析的摄动理论与两个独立的扰动和数值例子验证。我们的研究揭示了一个更大的家庭BIC周期性结构，并提供了新的机会，为未来的应用。
2020-07-30 math-ph math.MP physics.optics
Topological nature of bound states in the radiation continuum
连续介质中的束缚态（英语：Bound states in the continuum，BIC）是描述光或物质的波动方程的不寻常解：它们是离散的，空间上有界的，但与传播到无穷远的连续介质的能量相同。直到最近，BIC都是通过微调波动方程中的参数或利用波动方程由于对称性而具有的可分性来构造的。最近，已经预测并实验性地在周期性结构中实现了既鲁棒又不受保护（意外）的BIC;最简单的这种系统是周期性电介质板，其也具有受保护的BIC。在这里，我们表明，这两种类型的BIC在这样的系统中的涡流中心的偏振方向的远场辐射。这些BIC的鲁棒性是由于存在守恒和量子化的拓扑电荷，定义的偏振矢量的次数围绕涡旋中心。这种电荷只能通过系统参数的大变化产生或湮灭，然后只能根据严格的规则，我们推导和测试数值。我们的结果意味着基于这种状态的激光发射将产生矢量光束。
2014-08-01 physics.optics
Electrically Switchable Broadband Photonic Bound States in the Continuum
如何在辐射态和束缚态之间连续操纵光子系统的问题是光子学中的一个重要挑战，因为其解决方案有望为光学传感器，调制器，开关和显示器提供广泛的技术相关性。现有的方法利用电磁场的固有波性质来发挥其优势，并且通常被识别为连续体中的束缚态（BIC），因为它们类似于嵌入辐射态带中的奇异束缚态。虽然准BIC已被证明是许多对称周期性光子晶体的，但它们的存在到目前为止仅限于窄光谱范围，并且它们在开关或调制器中的应用需要大的折射率变化。在这里，我们表明，两个引导的对称衬底波的相反相位的对称周期性薄膜波导上的入射，使激发的自稳定的BIC是电开关在一个广泛的光学范围内，与折射率的变化很小。该概念的实验验证示出了在532nm的波长处的切换对比度C=700和在632.8nm的波长处的切换对比度C=1000。
2021-02-02 physics.optics
Light enhancement by quasi-bound states in the continuum in dielectric arrays
文章报道了相同电介质元件的线性周期阵列中的结构共振的光增强。作为基本单元，球和圆截面的杆都被考虑。在任一种情况下，已经证明源自连续体中的束缚态的高$Q$结构共振模式使得能够在有损耗硅中的红光至近红外范围内将近场振幅增强$10$ -$25$的因子。通过分析准束缚态的传播带，从理论上解释了$Q$因子随阵元数变化的渐近行为。
2017-05-12 physics.optics
Complex Band Structure and Bound States in the Continuum: A Unified Theoretical Framework
Chongqing University（重庆大学）；Southwest University of Science and Technology（西南科技大学）；Tsinghua University（清华大学）
本文提出一种基于原理的系统方法，通过分析散射矩阵中的最小通道来推导复带结构，揭示了Bloch波相互作用对连续体束缚态、例外点和极化状态的影响，为研究复杂带结构和光子晶体中光子束缚提供了统一基础。
2026-03-19 physics.optics
Propagating bound states in the continuum in dielectric gratings
我们考虑在介质光栅中连续介质中传播束缚态。光栅由一个平板组成，在平板的顶部或两侧周期性地排列有脊。基于傅立叶模态方法，我们恢复泄漏区以上的光线，以确定光栅的几何形状支持布洛赫束缚态在垂直于脊的方向上传播。最重要的是，它表明，如果一个双面光栅具有镜像或滑移对称的布洛赫束缚态是稳定的参数的变化，只要上述对称性被保存。
2018-02-10 physics.optics
Simulations of Fluorescence and Energy Transfer in Periodic Systems: Pitfalls and Considerations for Bound States in the Continuum
Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文研究支持对称保护型BIC的混合等离激元-光子谐振波导光栅，指出数值模拟中荧光相关陷阱，发现BIC虽可抑制辐射泄漏但会引发欧姆损耗，为相关周期纳米光子系统的荧光等过程提供一致解释框架。
2026-10-09 physics.comp-ph physics.optics
Relationship between total reflection and Fabry-Perot bound states in the continuum
本研究探究全反射与法布里-珀罗连续谱束缚态（FP-BICs）的关联，发现波数为零或周期层具周期方向反射对称时全反射参数附近存在FP-BICs，非对称且波数非零时无法通过调参找到对应FP-BICs，明确全反射不必然产生FP-BICs。
2025-01-15 math-ph math.MP physics.optics
Engineering bound states in the continuum at telecom wavelengths with non-Bravais lattices
在纳米颗粒的周期性阵列中，通过每个颗粒中的局部偶极子的辐射耦合可以诱导各种光学现象。可能最令人印象深刻的例子是连续体中的束缚态（BIC），它们是在光锥内具有色散但具有无限寿命的电磁模式，即，不能泄漏到连续体的模式。对称保护BIC出现在周期系统色散中的高度对称点。虽然在单位晶胞中添加不等价的晶格点是调整对称性的简单且直接的方式，但是这种粒子晶格中的BIC，即，非布拉维晶格，在周期系统中较少探索。从一个周期性的正方形晶格的硅纳米盘，我们已经制备了三个非布拉维晶格的失谐的大小和位置的第二个磁盘的单位电池。衍射诱导耦合激发每个纳米盘中的磁/电偶极子，在$Γ$点处产生两个表面晶格共振，其间具有带隙。%的$\sim$ 41 meV。高/低能量分支分别成为尺寸/位置失谐阵列的BIC，而当尺寸和位置同时失谐时，两个分支都是明亮的（或泄漏的）。介电纳米颗粒中的磁共振和电共振的作用以及BIC到模式的亮特性的变化被解释为失谐阵列中BIC的两种不同起源，这是进一步讨论的辅助下的耦合电和磁偶极子模型。这项研究给出了一种简单的方法，调谐BIC在电信波长的非布拉维晶格，包括等离子体和介电系统，从而可扩展到广泛的频率范围。
2022-04-21 physics.app-ph physics.optics
Transverse magneto-optical Kerr effect enhanced at the bound states in continuum
本文从理论上计算了稀磁半导体周期图案波导中的横向磁光克尔效应。结果表明，当入射波与束缚态在连续介质中共振时，由于远场干涉，波导模式的品质因数增加，TMOKE被共振增强。我们的研究结果揭示了全介电和半导体纳米结构的共振磁光的潜力。
2020-05-01 cond-mat.other physics.optics
Band structures under non-Hermitian periodic potentials: Connecting nearly-free and bi-orthogonal tight-binding models
本文研究一维非厄米周期开放系统的能带结构，分析虚标量势产生例外点及虚矢量势阻碍低能带分离的机制，并利用双正交 Wannier 函数构建可再现连续介质色散关系的紧束缚模型。
2023-03-15 cond-mat.other physics.optics quant-ph
