1 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044
2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
3 南方科技大学电子与电气工程系，广东 深圳 518055
随着超快激光应用需求的不断增长，激光控制技术正面临越来越多的挑战，超短脉冲操控研究亟待取得进一步的突破与发展。在激光器谐振腔增益、色散、损耗、非线性等效应共同作用下，多脉冲展现出比单脉冲更为丰富的动力学现象。研究表明其内部脉冲间距、相对相位、脉冲个数等参量具有高度可控性，为提升多脉冲的操控维度提供了新思路。本文从超快激光多脉冲的操控机理出发，介绍了多脉冲动力学、实时观测技术及激光器控制方法，重点综述了基于增益调制、偏振控制、色散调控、光机械效应等多脉冲操控方案，分析了各方案的性能，并展望了多脉冲操控技术的发展前景。
超快激光 超短脉冲 多脉冲束缚态 脉冲操控 锁模激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314002
1 西安科技大学理学院，陕西 西安 710054
2 西安科技大学安全工程与科学学院，陕西 西安 710054
连续域束缚态（BIC）已被广泛用于设计具有高品质因数（Q值）谐振的超材料中。通过在一个周期单元中设置两对高折射率裂环谐振器（SRR），设计了一种太赫兹全介质超材料。基于超晶格模式的对称性保护原理，通过改变其中两个SRR之间的距离，获得了可观测的准BIC（QBIC）模式。通过调节不对称度可以调制Q值，并且QBIC的Q值与结构的不对称度之间呈现出二次反比的关系。感应电场和磁场的空间分布以及感应电流的多极展开都表明了谐振是由电四极子的激发引起的。所提出的超材料具有较窄的谐振线宽，其灵敏度和FOM（figure of merit）分别为254.8 GHz/RIU和509.6，可以作为高灵敏度的折射率传感器。
材料 连续域束缚态 太赫兹 全介质超材料 电四极子 折射率传感 光学学报
2023, 43(23): 2316002
兰州大学, 物理科学与技术学院 甘肃 兰州 730000
作为光与石墨烯中的传导电子在其表面形成的准粒子, 量子等离激元因其展示出的对光超越衍射极限的强束缚特性而在发展量子互联器件方面有很大的应用前景。然而石墨烯对量子等离激元显著的吸收通常会导致其所介导的量子信息发生耗散, 这极大地限制了其应用。本文我们通过研究量子辐射体和单层石墨烯表面的量子等离激元的近场强耦合, 提出了一个克服损耗量子等离激元对辐射体量子相干性破坏作用的物理机制: 我们发现随着量子辐射体和石墨烯之间距离的减小, 它们形成的总系统能谱中会出现一个束缚态, 此时辐射体量子信息的完全耗散将被有效抑制, 且最终可以持续保持到稳态。我们的结论提供了一个抑制损耗量子等离激元对辐射体量子信息破坏作用的行之有效的方法, 这为发展量子激元器件提供了一定的理论基础。
量子等离激元 石墨烯 量子辐射体 束缚态 surface plasmon polaritons graphene nanodisk quantum emitter bound state 量子光学学报
2023, 29(1): 010801
1 厦门工学院计算机科学与信息工程学院，福建 厦门 361021
2 华侨大学信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
提出了一种由圆柱纳米孔阵列组成的全介质超表面折射率传感器，通过平移纳米孔引入结构单元的面内对称性破坏，非对称的介质纳米孔阵列可以实现由电四极子（EQ）激发的具有高品质因数（Q值）的准连续域束缚态（BIC）共振模式。从理论上分析了结构非对称参数与Fano共振的辐射Q值之间的关系，证明了该模式为对称保护BIC模式，并进行近场分析和多极分解，证明了EQ在共振模式中占主导作用，同时分析了结构参数对Fano共振的影响，并计算了介质折射率的光谱响应，得到结构的灵敏度可达512 nm/RIU（折射率单元）、Q值为2568.7、优质因数（FOM）为760，所提结构在近红外范围内的高灵敏生物传感器领域具有潜在的应用价值。
全介质超表面 Fano共振 连续域束缚态 折射率传感 激光与光电子学进展
2023, 60(19): 1928001
南方科技大学工学院电子与电气工程系，广东 深圳 518055
基于连续域内束缚态（BIC）的超表面具备在时间和空间上实现高效光场调控的能力。在时间维度上，BIC理论上可实现无穷长的辐射光子寿命，因此在激光谐振腔、非线性光学、传感等领域展现了极好的应用价值。为深入理解BIC及衍生谐振特性，基于双开口金属谐振器构成的杂化BIC超表面，探讨由于能带折叠引起的折叠谐振与准BIC谐振之间的特性。利用数值模拟、多极子分析和太赫兹光谱实验验证环形偶极子在这两类谐振辐射特性中的重要作用。此外，通过对比两种不同能带折叠方式的超晶格，进一步确认环形偶极子对折叠谐振品质因数的调制特性。深入理解谐振中多极子的散射特性对获取高品质因数谐振腔具有重要作用，为切实推动超表面在太赫兹传感、调制器和非线性相互作用等领域的应用奠定理论基础。
连续域束缚态 环形偶极子 超表面 多极子分析 太赫兹 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811021
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 上海精密计量测试研究所，上海 201109
3 哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
连续域束缚态（BIC）是发生在辐射连续域频率范围内且被完全局域的共振，具有无限大的Q值，光与物质之间产生强相互作用，该现象对新型功能器件的发展至关重要。在太赫兹超表面中引入BIC机制，为定制高Q值共振提供了新的思路。从BIC的分类、形成机制、基本性质等方面对BIC进行了简要描述，重点介绍了BIC在THz超表面中的新应用，如高灵敏度传感、手性增强、光谱编码、近场成像。此外，BIC携带拓扑电荷，由偏振矢量缠绕圈数定义，这样的电荷只能通过改变系统参数来产生或湮灭。BIC的拓扑性质也为拓扑光子学新现象的发现提供了新的可能，BIC现象的研究可以为光学和光子学领域带来更多的发展。
太赫兹 超表面 连续域束缚态 高Q值 激光与光电子学进展
2023, 60(18): 1811010
南京大学物理学院固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093
连续域束缚态（BIC）是一种特殊本征态，它与扩展态共存却具有强烈的局域性，不向自由空间辐射能量。自1929年被发现以来，BIC的相关理论与实验都取得了长足发展，成为当前的一个热门研究方向。在BIC研究的众多方向中，光子学是BIC研究中的一个重要平台，在非线性光学、传感与滤波、波导与通信等方向都有应用。本文回顾了BIC的研究历史并系统地介绍了光子学领域中BIC的分类及产生机制；归纳了几种常用的理论分析方法，并讨论了光子学BIC现有的应用以及未来展望。
光子学 连续域束缚态 高品质因子 涡旋奇点 光学学报
2023, 43(16): 1623008
1 衢州职业技术学院 信息工程学院, 浙江 衢州 324000
2 深圳技术大学 先进光学精密制造技术广东普通高校重点实验室, 广东 深圳 518118
为了提高品质因子（Quality value，Q）以增强光与物质的耦合作用，本文提出一种结构简单、工艺制备要求低的介质超材料，它可激发对称保护的连续介质束缚态（bound states in the continuum , BICs）。该介质超材料具有四聚孔组成的平面纳米孔板，通过改变纳米孔的位置，可使对称保护BIC转变为对称保护的QBIC，进而诱导出两个高品质因子Q值Fano共振。经计算Fano共振在非对称参数Δ=3 nm时，Q值可达到1×e6。随后将QBIC和Fano共振的远场辐射分解为不同多极子分量的贡献，基于散射功率和电场矢量分布可以发现，介质超材料在λ1出现高Q值Fano共振主要是因为磁四极子和环偶极子的存在，而在λ2出现高Q值Fano共振主要是因为环偶极子的存在。最后分析计算了纳米孔边长和纳米孔填充材料对两个Fano共振的影响。本文的研究可以为研究制备高Q值光学响应器件提供理论指导。
连续介质束缚态 介质超材料 Fano共振 品质因子 bound states in the continuum dielectric metamaterial Fano resonance quality value
