超快光学调控时间对称性破缺超表面的辐射损耗共振

研究人员通过超快光学泵浦实现时间对称性破缺超表面的辐射损耗(γrad)调控，首次实验验证了RSP-BIC（恢复对称性保护连续域束缚态）机制。该研究突破了传统通过ω0和γint调控的局限，实现了共振的创建/湮灭、线宽调节及近场增强控制，为光通信、量子技术和光子电路提供了新范式。

　　

在主动超表面研究领域，传统调控方法长期受限于共振波长偏移(ω₀)和材料损耗(γ_int)调节，无法实现真正的共振"开关"功能。这一瓶颈源于辐射损耗(γ_rad)调控的缺失——该参数直接决定模式与远场的耦合强度，却难以通过简单的折射率改变来实现。更关键的是，现有技术无法在亚皮秒时间尺度上动态操控高品质因子共振，严重制约了超表面在高速光互连、量子信息处理等前沿领域的应用。

针对这一挑战，来自德国慕尼黑大学(Ludwig-Maximilians-Universit?t München)和英国帝国理工学院(Imperial College London)的联合团队在《Nature》发表突破性研究。研究人员创新性地提出"恢复对称性保护连续域束缚态"(RSP-BIC)概念，通过超快光学泵浦选择性激发非对称硅纳米棒中的Mie共振，首次实现了γ_rad的主动调控。该工作不仅将BIC研究从静态几何对称性拓展至动态时间对称性破缺范畴，更建立了辐射损耗与偶极矩平衡的定量关系模型，为超快光子器件设计提供了全新范式。

关键技术方法包括：1）梯度超表面制备（通过电子束光刻和反应离子刻蚀实现硅纳米棒几何参数连续渐变）；2）共振态展开理论(RSE)建模；3）飞秒泵浦-探测瞬态吸收光谱（时间分辨率200 fs）；4）多极分解分析确认Mie模式特性。

RSP-BIC原理验证

通过设计非对称硅纳米棒对（长度/宽度差异达30%），研究人员发现当两棒偶极矩p₁=p₂时，尽管几何对称性被破坏，系统仍表现出γ_rad≈0的BIC特性。实验通过渐变超表面证实：调节第二棒长度l₂可使γ_rad从0.1 THz降至10^-7 THz，Q因子突破10⁷。

选择性光学泵浦调控

研究发现720 nm处的Mie1模式在棒1中吸收强度是棒2的3.5倍。采用200 fs泵浦脉冲选择性激发该模式，导致棒1折射率下降Δn=0.13，打破偶极平衡。瞬态光谱显示γ_rad在1 ps内从0.04 THz激增至0.14 THz（增幅250%），20 ps后恢复。

四类动态调控

通过精确控制l₂参数，实现：1）模式展宽（γ_rad增加）；2）暗态-亮态转换（γ_rad从0→0.058 THz）；3）共振湮灭（γ_rad→0）；4）模式锐化（γ_rad降低50%）。RSE理论分析表明，折射率扰动会位移RSP-BIC临界点，产生双向调控效果。

该研究开创性地将BIC调控维度从空间拓展至时间域，其亚皮秒级响应速度比现有相变材料快三个数量级。所建立的辐射损耗主动调控范式，为开发低串扰光学滤波器、可重构量子光源和时空超材料奠定了理论基础。特别是通过Mie共振局域化实现的选择性激发策略，为多自由度光子器件设计提供了普适性方法，有望推动集成光子芯片、光学神经网络等下一代技术的发展。