2023年7月6日，重慶大學韓德專教授課題組與復旦大學資劍教授課題組合作，在物理學頂級期刊《Physical Review Letters》上發(fā)表了題為“General bound states in the continuum in momentum space”的研究論文。該論文以重慶大學為第一單位和通訊單位，重慶大學青年教師蔣瞧和博士生胡鵬（已畢業(yè)）為共同第一作者，韓德專和資劍為共同通訊作者。

支持共振模式的光子晶體平板已經(jīng)成為研究動量空間中偏振奇點的一個理想平臺。在動量空間中，不同類型的偏振奇點，包括渦旋偏振奇點(V點)和圓偏振態(tài)(C點)已經(jīng)被揭示并在實驗中觀察到。在V點，由于遠場輻射消失，對應(yīng)的Bloch模式?jīng)]有泄漏，因此被稱為連續(xù)譜中的束縛態(tài)(BIC)。在保持光子晶體平板的對稱性的前提下，通過改變系統(tǒng)參數(shù)，BIC可以沿著動量空間的高對稱性線連續(xù)移動。最近的研究表明，可以通過打破系統(tǒng)的所有面內(nèi)鏡像對稱性將BIC從動量空間的高對稱性線上移動到非高對稱性點。然而，在不改變光子晶體平板對稱性的情況下，在動量空間高對稱線以外是否存在BIC仍然是一個謎。在本工作中，我們利用動量空間中的偏振圖研究了偏振奇點的分布和演化。包括V點(BIC)和C點在內(nèi)的偏振奇點對應(yīng)著偏振圖的頂點。可以證明，偏振圖中的每一個面所具有的拓撲荷必然為零，這表明了不同k點上的偏振奇點之間具有一種非局域的關(guān)聯(lián)性。

基于上述偏振圖所揭示的偏振奇點之間的關(guān)聯(lián)性，團隊首次證明了在不降低系統(tǒng)對稱性的情況下，BIC可以在動量空間的高對稱性線之外穩(wěn)定存在，并將這一類BIC稱之為“general BIC”。進一步地，通過改變系統(tǒng)的幾何參數(shù)，觀察到了與這種普遍BIC相關(guān)的兩類有趣的過程，包括兩個普遍BIC與一個高對稱線上BIC合并導致了后者拓撲荷的翻轉(zhuǎn)，以及兩個攜帶相反拓撲荷的普遍BIC在動量空間高對稱性線之外合并，并最終導致拓撲荷湮滅。

該工作揭示了光子晶體平板體系中BIC在動量空間中的普遍存在性，為動量空間中BIC的分布提供了一個更加完整的圖像。所發(fā)現(xiàn)的高對稱線之外的BIC為實現(xiàn)偏振奇點調(diào)控提供了新機理，對可調(diào)控矢量光場激光器、渦旋光場生成以及光場偏振調(diào)控等方面的研究具有重要價值。該研究得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金和中央高校專項基金等等的資助。

圖. 動量空間中的偏振圖。(a)偏振圖及其對偶圖。BIC和C點分別對應(yīng)偏振圖中不同顏色邊的交點和連接點。(b)偏振圖中面的拓撲荷為零。(c)對偶圖中面的拓撲荷等于偏振圖中對應(yīng)頂點的拓撲荷。

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https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.013801