Engineering Electromagnetic Field Distribution and Resonance Quality Factor Using Slotted Quasi-BIC Metasurfaces

谐振器 电磁场 Q系数 之字形的 物理 电介质 共振(粒子物理) 质量(理念) 电场 领域(数学) 光学 光电子学 计算物理学 原子物理学 量子力学 数学 纯数学 几何学
作者
Sen Yang,Mingze He,Chuchuan Hong,Joshua D. Caldwell,Justus C. Ndukaife
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:22 (20): 8060-8067 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c01919
摘要

Dielectric metasurfaces governed by bound states in the continuum (BIC) are actively investigated for achieving high-quality factors and strong electromagnetic field enhancements. Traditional approaches reported for tuning the performance of quasi-BIC metasurfaces include tuning the resonator size, period, and structure symmetry. Here we propose and experimentally demonstrate an alternative approach through engineering slots within a zigzag array of elliptical silicon resonators. Through analytical theory, three-dimensional electromagnetic modeling, and infrared spectroscopy, we systematically investigate the spectral responses and field distributions of the slotted metasurface in the mid-IR. Our results show that by introducing slots, the electric field intensity enhancement near the apex and the quality factor of the quasi-BIC resonance are increased by a factor of 2.1 and 3.3, respectively, in comparison to the metasurface without slots. Furthermore, the slotted metasurface also provides extra regions of electromagnetic enhancement and confinement, which holds enormous potential in particle trapping, sensing, and emission enhancement.
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