在活性超表面中，存在可独立调节的双准束缚态，这些态具有解耦的本征频率和Q因子

《Optics and Lasers in Engineering》：Independently tunable dual quasi-bound states with decoupled eigenfrequencies and Q-factors in an active metasurface

本文设计了一种基于铌酸锂光栅阵列的主动超表面，通过电光效应独立调控双准连续边界态的共振频率和品质因数，实现Q因数提升至10^6，为多模式光子应用提供了新框架。

　　近年来，随着纳米光子学的发展，对纳米尺度上共振特性的灵活控制变得越来越重要。共振模式的特性，如共振频率和品质因数（Q值），是决定许多光子器件性能的关键因素。在这一背景下，超表面（metasurfaces）因其独特的结构和功能，成为实现对共振模式精细调控的重要平台。超表面是由亚波长尺度的共振单元组成的二维结构，通过集体共振效应，能够展现出自然材料所不具备的电磁特性。这种结构为多种应用提供了广阔的可能性，例如传感、滤波、完美吸收、成像、光致发光增强、低阈值激光、谐波产生、光谱重构以及强耦合等。

然而，在实际应用中，实现对多个共振模式的独立控制仍然是一个挑战。特别是在主动型超表面中，能够同时实现共振频率和Q值的独立调节尤为关键。传统上，一些精心设计的超表面已经实现了对不同共振模式的独立调控，例如通过调整材料或结构参数，使得每个共振模式具有不同的共振频率或Q值。但是，同时实现这两种独立调节的主动型超表面仍然缺乏有效的方案。这主要是由于共振模式之间的耦合效应，使得在调节一个模式时，可能对另一个模式产生不可忽视的影响。

为了解决这一问题，研究人员提出了一种新型的主动型超表面结构，该结构由玻璃板和两个对称放置的锂铌酸盐（LiNbO3，简称LN）光栅阵列组成。这种结构利用了对称保护的连续谱中的束缚态（bound states in the continuum，简称BICs）来实现双共振模式的独立调控。BICs是一种特殊的电磁模式，其特征在于即使在零场区域（zero-eigenfield region）中，其共振频率和Q值也不会受到外界因素的显著影响。因此，通过将每个光栅阵列放置在对应BIC模式的零场区域中，研究人员成功地实现了对双共振模式的独立调节。

这种结构的设计基于对BICs特性的深入理解，以及对光栅阵列参数的精确优化。通过调整光栅的周期、宽度、空气间隙和厚度等参数，研究人员能够确保双共振模式在不同条件下都能保持良好的性能。此外，研究人员还引入了主动调控与引导模式共振工程的结合，以进一步提升超表面的Q值。这种技术使得Q值从原来的102提升到了10?，极大地增强了超表面在多模式应用中的灵活性和性能。

这一研究的创新点在于，通过将不同的光栅阵列与不同的BIC模式相结合，研究人员成功地实现了对双共振模式的独立控制。这种控制不仅限于共振频率的调节，还包括对Q值的独立调节。这意味着，超表面可以同时支持两个不同的共振模式，每个模式都可以根据具体需求进行调整。这种能力为超表面在多模式激光、光谱重构、双通道传感以及非线性光学等领域的应用提供了新的可能性。

此外，研究人员还探讨了双BIC模式在超表面中的独立定制化。通过定义光栅的占空比（duty cycle）参数，研究人员分析了共振频率如何随着占空比的变化而变化。同时，他们还研究了双BIC模式在辐射通道方面的独立性，通过计算和模拟，验证了这种结构在不同条件下的稳定性。这些研究结果不仅展示了超表面在多模式调控方面的潜力，也为未来的器件设计提供了重要的理论依据。

这一研究的成果表明，通过巧妙的设计和优化，可以显著提升超表面的性能和灵活性。这种提升不仅体现在对共振频率和Q值的独立调节上，还体现在对多模式应用的广泛支持上。随着对超表面研究的深入，未来可能会出现更多具有创新性的结构和应用，进一步拓展其在纳米光子学领域的潜力。同时，这种研究也为其他领域的相关技术提供了借鉴，例如在微波、声波等其他频率范围内的应用。

总的来说，这项研究为实现对超表面共振模式的灵活控制提供了一个全新的框架。通过将不同的光栅阵列与不同的BIC模式相结合，研究人员成功地解决了共振模式之间的耦合问题，实现了对双共振模式的独立调节。这种能力不仅提升了超表面的性能，还为其在多种应用场景中的潜力提供了支持。随着这一技术的不断发展和完善，未来可能会出现更多具有创新性和实用性的超表面器件，进一步推动纳米光子学的进步。