High Q-factor toroidal resonances driven by bound states in the continuum in all-dielectric metamaterial at terahertz frequencies

超材料 多极展开 分裂环谐振器 偶极子 环面 物理 太赫兹辐射 谐振器 电介质 Q系数 折射率 光学 激发态 计算物理学 光电子学 原子物理学 量子力学 等离子体
作者
Tian Ma,Jun Li,Zhenmin Luo
出处
期刊:Optics and Laser Technology [Elsevier BV]
卷期号:157: 108745-108745 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.optlastec.2022.108745
摘要

• An all-dielectric metamaterial consisting a periodic array of split ring resonator is proposed for applications at terahertz frequencies. • Multipole approaches based on the bound states in the continuum theory are applied to excite toroidal dipole resonances. • Owing to high Q factors, the proposed metamaterial can serve as an optical sensing platform for the refractive index monitoring. Recently, the concept of bound states in the continuum (BICs) has been widely used in designing metamaterials with high quality factor resonances. In general, there are two approaches of implementing BICs in metamaterials, including tuning the structural parameters and breaking the rotational symmetry. Here, we report a significant process of exciting toroidal dipole resonances with high Q factors in all-dielectric metamaterial using both abovementioned approaches, which are realized by tuning the arc length or rotating the SRR subresonator with the respect to their central axis, respectively. The excitations of toroidal dipole resonances are confirmed by both the spatial distribution of induced electromagnetic fields and the multipole expansion of induced currents. Simulation results reveal that the excited toroidal dipole resonances are sensitive to the surrounding refractive index changes, yielding high sensitivities and large figure of merits (FoMs) simultaneously, which guarantee its potential applications as a platform of monitoring aerogel samples or biochemical analytes.
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