Real transmission and reflection zeros of periodic structures with a bound state in the continuum
对于具有适当对称性的无损周期性结构，透射和反射光谱通常具有分别为真正的$100\%$和$0\%$的峰和谷。全峰和零谷通常出现在谐振频率附近，并且它们对于保持所需对称性的结构扰动是鲁棒的。然而，目前的理论存在的全峰和零谷是不完整的，难以使用。对于具有束缚态的周期性结构，我们提出了一个新的理论，在连续（BIC）的存在真正的传输和反射零点，对应于零倾角的传输和反射谱。我们的理论是相对简单，完整，易于使用。数值算例验证了新理论的正确性。
2022-05-08 physics.optics
Bound states in the continuum on periodic structures surrounded by strong resonances
束缚态在连续谱（BIC）是捕获或引导模式，其频率在辐射模式的频率间隔。在周期结构上，BIC被一族谐振模所包围，其品质因数接近无穷大。通常，品质因数与$1/|β- β_*|^2$成比例，其中$β$和$β_*$分别是谐振模式和BIC的布洛赫波矢量。但对于某些特殊的BIC，品质因数与$1/|β-β_*|^4$成正比。本文给出了二维周期结构上这类特殊BIC存在的一般条件。作为一个数值例子，我们使用的一般条件来计算特殊的BIC，这是反对称的驻波，在一个周期阵列的圆柱，并显示其依赖于参数。特殊BIC对于实际应用是重要的，因为它们产生具有大品质因数的谐振，用于非常大范围的$β$。
2018-03-14 physics.optics
The Bragg Frequency Convertor: A Meeting Between Spatial and Temporal Periodicities For Selective Parametric Frequency Translation
University of Southampton（南安普顿大学）
提出一种时空周期光栅概念，通过选择性调制高折射率或低折射率层实现定向频率转换，并基于硅脊波导结构进行了理论分析与实验验证。
2026-06-19 physics.optics
Parametric dependence of unidirectional guided resonances in periodic structures
本研究建立了周期结构中单向导模共振（UGRs）参数依赖性的严格理论，证明UGR可随结构参数连续存在，且能从含连续谱束缚态的结构中得到连续UGR族，为光子器件设计提供理论支撑。
2025-10-02 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
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
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
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
Observation of geometric parametric instability induced by the periodic spatial self-imaging of multimode waves
高度多模物理系统中的时空模式耦合为探索复杂的不稳定性和形成相干波结构提供了新的途径。我们在这里提出的第一个实验演示的多个几何参数不稳定边带，在频域中产生的共振时空耦合，由于自然的周期性空间自成像的多模准连续波光束在一个标准的梯度折射率多模光纤。输入光束通过放大的微芯片激光器在1064 nm处发射亚纳秒脉冲发射到光纤中。实验观察到的边带之间的频率间隔同意与分析预测和数值模拟。一阶峰值位于与泵浦的123.5THz的相当大的失谐处。这些结果打开了显着的可能性，直接转换成一个宽的光谱范围内跨越可见光和红外波长的近红外激光，通过一个单一的共振参数的非线性效应发生在正常的色散制度。作为我们强时空耦合机制的进一步证据，我们观察到了一个惊人的效果，即所有不同的边带峰都由一个定义明确且稳定的钟形空间轮廓携带。
2016-02-16 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
Coupled parametric processes in binary nonlinear photonic structures
我们研究了一种新型的非线性光子结构中的参量相互作用，这种结构是在一对非线性晶体附近实现的。在这种我们称之为二元的结构中，由于在组成晶体中单独实现的多个相位匹配条件，可以同时实现多个非线性光学过程。非线性过程之间的耦合，通过共享相似的频率模式是通过空间宽带的参数场的性质。我们研究了两个例子中的二元结构中产生的场的空间特性：1）单参量下转换，和2）耦合的参量下转换和上转换过程。通过与传统的单周期极化晶体和非周期光子结构的比较，分析了这些例子中光场产生的效率。结果表明，周期晶格之间的相对位移对产生的空间场谱和总效率有着至关重要的影响。此外，还研究了晶间距离对这些特性的影响。因此，我们的研究表明，人们可以构建复杂的非线性特性的光学元件从简单的元件，而不会显着牺牲的功效。
2016-09-20 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
Multistep Parametric Processes in Nonlinear Optics
本文综述了非线性光学中与二次非线性介质中多个光学过程同时相位匹配相关的各种参量相互作用，即所谓的多步参量相互作用。我们讨论了在具有符号变化的二阶非线性极化率的工程结构中实现双重和多重相位匹配的多种可能性，包括（i）均匀和非均匀准相位匹配（QPM）周期光学超晶格，（ii）相位反转和周期啁啾QPM结构，以及（iii）非共线几何中的均匀QPM结构，包括最近制造的二维非线性二次光子晶体。我们还总结了由多步参量过程产生多频光孤子的重要实验结果，并概述了由这些参量相互作用产生的多色光参量孤子的物理和基本性质。
2004-05-10 nlin.PS 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
Parametric dependence of bound states in the continuum: a general theory
本文提出了连续谱中束缚态（BIC）参数依赖性的一般理论，通过定义非负整数$n$并给出计算公式，阐明了在结构扰动下保持BIC所需的最小参数数量，为其实际应用提供了理论指导。
2022-05-20 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
Poling-free Spontaneous Parametric Down Conversion without for Silicon Carbide and Lithium Niobate photonics
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Qubit Pharmaceuticals（量子制药公司）
本文提出一种无需周期极化的SPDC器件，适用于硅碳化物和铌酸锂平台，通过模式转换和相位匹配实现宽频带光子生成，简化了光子源并促进了CMOS兼容的非线性光学平台发展。
2026-04-20 physics.optics quant-ph
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
Parametric amplification of random lattice soliton swinging
本文研究了具有横向周期或抛物线折射率调制的介质中孤子的传输，当调制深度沿传输方向有微小波动时。我们发现，在适当的谱共振条件下，小的横向孤子振荡可以得到参量放大。
2009-03-30 nlin.PS physics.optics
Parametric excitation of multiple resonant radiations from localized wavepackets
基本的物理现象，如激光诱导电离，驱动量子隧穿，法拉第波，Bogoliubov准粒子激发，以及新的物质状态的控制依赖于系统的时间周期驱动。这种驱动的一个显著特性是，它可以诱导局域（束缚）态共振耦合到连续谱。因此，允许启发和控制这种耦合的机制的实验是至关重要的。我们在一个特殊的纤维光学系统中实现了这样的实验，其特征在于色散沿传播坐标振荡，这模仿了“时间”。与这种周期性扰动相关联的准动量负责将来自由光纤非线性维持的局部化波包的能量在多个谐振频率下有效地耦合到自由运行的线性色散波（连续体）中。值得注意的是，所观察到的共振可以通过一个统一的方法来解释，而不管局域态是一个类似孤子的脉冲或冲击波阵面。
2015-02-08 nlin.PS 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
Harnessing bound states in the continuum for quantum and nonlinear photonics in silicon nitride microresonators
Universidade Federal do ABC-UFABC（阿贝卡联邦大学）；Università di Pavia（帕维亚大学）
研究在氮化硅微腔中实现电可调Friedrich-Wintgen BIC，利用其调控四波混频过程，提升参量增益、降低阈值，实现双光子波包与器件阈值动力学的控制。
2026-08-10 physics.optics quant-ph
Super quasi-bound state in the continuum
避免共振的交叉和合并连续体（BIC）中的多个束缚态是用于定制BIC的物理性质的并行手段。本文提出了光子晶体系统的超准BIC的概念，它的质量因子（$Q$）在参量空间和动量空间都得到了提升。通过在参数空间中避免两个对称性保护（SP）准BIC的交叉，同时在动量空间中合并BIC，可以在有限的PhC中得到一个$Q$因子显著增强的超准BIC.更重要的是，分析理论表明，所提出的机制的结果在过渡的渐近行为的$Q$因子的谐振器的数量从$N^2$到排他性的$N^3$ SP-BIC，这是至关重要的实现准BIC在一个紧凑的PhC。微波实验验证了理论分析的正确性。我们的研究结果提供了一个范例的转变，操纵的物理性质准BIC在有限的PhC结构，这将有利于各种应用，包括但不限于低阈值激光，无线功率传输和高品质感测等。
2023-03-02 physics.class-ph physics.optics
