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Robust and non-robust bound states in the continuum in rotationally symmetric periodic waveguides

光学 耦合模理论 物理 波数 波导管 栅栏 无损压缩 折射率 反射对称性 摄动(天文学) 数学分析 量子力学 数学 几何学 算法 数据压缩
作者
Nan Zhang,Ya Yan Lu
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:31 (10): 15810-15810 被引量:4
标识
DOI:10.1364/oe.487053
摘要

A fiber grating and a one-dimensional (1D) periodic array of spheres are examples of rotationally symmetric periodic (RSP) waveguides. It is well known that bound states in the continuum (BICs) may exist in lossless dielectric RSP waveguides. Any guided mode in an RSP waveguide is characterized by an azimuthal index m, the frequency ω, and Bloch wavenumber β. A BIC is a guided mode, but for the same m, ω and β, cylindrical waves can propagate to or from infinity in the surrounding homogeneous medium. In this paper, we investigate the robustness of nondegenerate BICs in lossless dielectric RSP waveguides. The question is whether a BIC in an RSP waveguide with a reflection symmetry along its axis z, can continue its existence when the waveguide is perturbed by small but arbitrary structural perturbations that preserve the periodicity and the reflection symmetry in z. It is shown that for m = 0 and m ≠ 0, generic BICs with only a single propagating diffraction order are robust and non-robust, respectively, and a non-robust BIC with m ≠ 0 can continue to exist if the perturbation contains one tunable parameter. The theory is established by proving the existence of a BIC in the perturbed structure mathematically, where the perturbation is small but arbitrary, and contains an extra tunable parameter for the case of m ≠ 0. The theory is validated by numerical examples for propagating BICs with m ≠ 0 and β ≠ 0 in fiber gratings and 1D arrays of circular disks.
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