Low-Contrast BIC Metasurfaces with Quality Factors Exceeding 100,000

波长 辐射传输 折射率 光学 电介质 质量(理念) 物理 光电子学 散射 材料科学 量子力学
作者
Keisuke Watanabe,Tadaaki Nagao,Masanobu Iwanaga
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c05880
摘要

Dielectric metasurfaces operating at quasi-bound states in the continuum (qBICs) can achieve exceptionally high radiative quality (Q) factors by introducing small asymmetries into their unit cells. However, fabrication imperfections often impose major limitations on the experimentally observed Q factors. In this study, we experimentally demonstrate BIC metasurfaces with a Q factor of 101,000 under normal excitation of light in the telecom wavelength range achieved by employing low-contrast silicon pairs. Our findings show that such free-space accessible ultrahigh-Q factors can be attained by leveraging both the high radiative Q factors of higher-order qBIC modes and reduced scattering losses in shallow-etched designs. Additionally, we demonstrate stable sub-picometer-level wavelength fluctuations in water, with a limit of detection of 10-5 for environmental refractive index changes. The proposed approach can be extended to BIC metasurfaces with many other configurations and operating wavelengths for ultrahigh-Q applications in both fundamental physics and advanced devices.
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