Flat photonics for broadband light-trapping

光子学 光电子学 材料科学 等离子体子 光子晶体 光学 电介质 纳米光子学 物理
作者
Hao Luo,Jingyi Tian,Qiang Li,Binze Ma,Yining Zhu,Jianbo Yu,Yú Hónɡ,Ao Ouyang,Pavel A. Belov,Ravindra Kumar Sinha,Sandeep Kaur,Min Qiu
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:117 (24) 被引量:10
标识
DOI:10.1063/5.0033312
摘要

The ability to trap light in an ultrathin photoactive layer has been of great significance for applications ranging from optoelectronics, energy to spectroscopy. However, the current broadband light trapping suffers from undesirable direct Joule heat output with plasmonics or bulkiness with photonics. Here, we report a light-trapping photonic structure using an ultrathin all-dielectric super-absorbing metasurface. This presented photonic structure features asymmetrically coupled magnetic resonances, which eliminate reflection and transmission simultaneously by introducing destructive interference between the backscattered field of the resonance and the direct reflected field of the highly reflective Fabry–Pérot background. In particular, this photonic structure enables broadband light trapping by placing nanostructures of different sizes in a supercell. As a proof of concept, we experimentally demonstrate broadband (550–1280 nm) super absorption (>50%) within an ultrathin (∼200 nm) all-dielectric germanium metasurface. This work provides a design paradigm for harvesting light through flat photonic structures at the nanoscale and paves the way for cost-effective light management.

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