近来，四川大学王卫、山东师大韩张华以及华东师大黄陆军协作研讨团队提出一种使用准接连域中束缚态（QBIC）的原理，经过对三元光栅结构中带折叠和对称性破缺的精密调控，完成了既具有高时空相干性，一起有用消除了传统热发射器材中的“彩虹效应”。相关效果以 “High-Q Resonance Engineering in Momentum Space for Highly Coherent and Rainbow-Free Thermal Emission 为题宣布在世界闻名期刊《Nano Letters》上。四川大学2023级大二本科生王柯人和山东师大2022级博士生孙开礼为论文一起榜首作者, 王卫教授, 韩张华教授, 黄陆军教授为论文一起通讯作者。

　　传统黑体辐射具有宽带、非相干的特性，但在红外成像、气体传感等使用中，高时空相干性的热源需求火急。尽管根据超外表的热发射调控获得发展，但现有计划往往无法统筹高Q值 (窄带宽) 和高方向性发射——要么受限于金属损耗导致Q值缺乏，要么因能带色散引进“彩虹效应”。怎样来完成相似激光的无彩虹效应的高相干热源，成为亟待解决的难题。

　　研讨团队 提出 根据接连域束缚态（BIC）与能带工程 的立异计划，经过 三元光栅结构 完成了中心波长6.5 μm、 23 nm超窄带宽 （ Q ~280） 及2°角域内的完美 -无彩虹效应 热发射 。中心打破在于：

　　1. BIC调控：使用Γ点的对称性维护BIC形式，经过对称破缺将其转化为准BIC（QBIC），在坚持高Q值的一起完成热辐射临界耦合。

　　2. 能带工程：经过布里渊区折叠发生可控Q因子的准导模（QGM），并引进低Q法布里-珀罗（FP）形式耦合，按捺非Γ点形式的辐射效率。

　　3. 时域耦合模理论（TCMT）：提醒不同形式间的远场耦合机制，经过结构优化消除杂散形式，终究完成Γ点孤立发射。

　　图1：比照展现了不同热发射器规划的具体计划的优缺点。图中（a）展现了高时空相干性规划中存在的彩虹效应；（b）则出现了尽管消除了彩虹效应但空间相干性较差的事例；（c）直观说明晰本研讨完成的孤立式高相干热发射规划，既坚持了高相干性又有用按捺了彩虹效应。

　　图2：具体说明晰三元光栅结构的规划原理。左图为结构示意图，标示了要害几许参数及中心脊宽改变和横向位移δ的引进；中图展现了经过周期扰动后能带的折叠进程以及给出了模仿的横截面电场散布，明晰出现了两种准导模与中心低Q FP形式的耦合联系。右展现了RCWA仿真的视点分辩热辐射光谱, 出现出共同的孤立发射特征.

　　图3：以扫描电镜（SEM）图画和热发射测验成果为主，展现了样品的顶视图和截面描摹，一起给出在不一样的温度下归一化后的热发射光谱，验证了规划在实践制备中的可行性及温度调控效应。

　　图4：出现角分辩热发射丈量系统及其测验成果。图中（a）展现了试验角分辩丈量设备的建立计划；（b）则显现了在不同入射角下热发射谱线°时到达峰值发射，而随视点增大，发射强度敏捷衰减而非偏移，然后证明了高空间相干性及彩虹效应的有用按捺。

　　本研讨经过能带拓扑与形式耦合的协同规划，打破了传统热发射器的在相干性和彩虹效应之间的功能瓶颈：

　　1. 立异机制 ：将BIC的非辐射特性与FP模的宽带耦合结合，统筹高Q值与方向性。

　　2. 普适战略 ：提出的辐射 Q值 调控办法可拓宽至光子晶体等系统，为相干光源规划供给新范式。

　　3. 使用远景 ：此类器材在紧凑型红外传感、高分辩率热成像、辐射制冷等范畴具有极端严重潜力。

　　总归，这项工作为微纳光子器材的功能提高拓荒了新途径。未来经过资料优化（如低损耗氮化硅）和二维周期结构规划，有望逐渐推进热光子学器材的实用化进程。

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