Passively Broadband Tunable Dual Circular Dichroism via Bound States in the Continuum in Topological Chiral Metasurface

圆二色性 宽带 材料科学 超材料 拓扑(电路) 圆极化 束缚态 物理 光电子学 光学 量子力学 结晶学 化学 数学 组合数学 微带线
作者
Chenqian Wang,Rui Wang,Xiguo Cheng,Xin Hu,Chinhua Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (29): 18922-18932
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c01697
摘要

Dynamic control for a strong circular dichroism (CD) response is essential in engineering applications such as polarization manipulation, sensing, and imaging. Here, we propose and experimentally demonstrate a broadband tunable dual CD response via bound states in the continuum (BICs) in two-dimensional topologically protected metasurfaces composed of all-dielectric Si chiral grating structures that generate a pair of mixed and degenerated BIC mode and circular dichroic mode (CDM) as an additional degree of freedom in CD manipulation. It is found that a singular CD peak of nearly 100% at 1.6 μm can be achieved by CDM when BIC is hidden under normal incidence, while the CD peak can be split into two in which peak wavelengths can be precisely and linearly tuned over a bandwidth of 180 nm by the incident angle when the BIC mode is excited under oblique incidence. Additionally, dynamic modulation of output polarization states from linear to circular can be arbitrarily achieved at the split CD peaks by controlling the incident angle when asymmetry perturbations on chiral gratings are introduced due to the decoupling of various polarization states at Γ point by BIC to different positions in K space. The proposed chiral grating metasurface exhibits unique angle-sensitive tunable CD spectral characteristics, making it ideal for hyperspectral and spin-selective wavefront shaping, and holds significant promise in various applications such as optical security, angle sensors, chiral lasers, nonlinear filters, and other active chiral optical devices.
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