摘要
连续域束缚态(Boundstatesinthecontinuum,BIC)具有无限大品质因数(Qualityfactor,Qfactor),其退化后的准BIC(Quasi-BIC,QBIC)高Q因子的特性极大地增强了电磁辐射与物质之间的相互作用，其应用对空间变化的光学特性和光学响应有着独特的功能。近来，超表面由于具有精密调控、可重构性、成本低廉等优势，为高效调制微波到可见光波段提供了可靠的平台载体，特别地，为调制器件匮乏的太赫兹(Terahertz,THz)波段的研究工作铺平了道路。研究过程中，金属超表面具有固有的欧姆损耗并且超表面器件加工使用后，其功能随之固定。然而，较高载流子迁移率和强鲁棒性的狄拉克半金属(Diracsemimetal,DS)的可主动调谐性质为实现主动可调的BIC超表面器件提供了可能。本文利用DS研究了BIC可调谐超表面器件的应用，同时利用BIC固有的极化拓扑特性研究了光学涡旋(Opticalvortex,OV)束的发生，其主要研究内容如下: 1.提出了一种基于DS的可调谐双类型BIC的产生以及可控的灰度成像器件。该器件由T-I型结构的DS组成。通过打破结构对称性,获得对称保护BIC(SymmetryprotectedBIC,SP-BIC),通过调节结构参数实现偶发BIC,其相应QBIC的Q因子可高达175左右。在共振频率几乎不变的同时，改变DS的费米能量实现了对其透射振幅的动态调控，振幅调制差约为46％。同时，基于振幅调制的原理设计实现了狄拉克半金属膜(Diracsemimetalfilm,DSF)超表面阵列的立体图形显示。 2.提出了一种基于全介质的开缝的U型谐振臂的超表面，它在高频THz波段实现了三个BICs,其QBIC态的Q因子可达到104的数量级。同时通过改变结构参数可操控不同类型BIC的退化，全介质超表面(Alldielectricmetasurface,ADM)产生的QBIC应用于传感器，得到了三个QBIC的传感灵敏度，其中偶发QBIC的灵敏度可高达1717GHz/RIU,优值因子(Figureofmerit,FOM)可高达16670。另外，三个QBIC对THz入射角度的依赖度不同。最后，基于狄拉克半金属超表面(Diracsemimetalmetasurface,DSM)的可调谐传感器，实现了传感器的灵敏度和传感范围的主动调谐，突破了因固定结构而无法调谐传感性能的短板，为THz传感器提供一个宽广的平台。 3.提出了一种基于THz超表面的十字交叉形的谐振器，通过利用动量空间BIC周围固有的缠绕拓扑实现了可代替在实空间中人工排列的OV束发生器。此外，通过调控十字谐振器的宽度实现了在Γ点的BIC合并，显著提高了Q因子，增强了场局域化。利用合并BIC周围的拓扑特性，设计了一个高阶OV发生器，从而切换改变入射频率和实现了高阶OV发生器与低阶OV发生器之间的切换，这类不需光对准样品中心的OV发生器为BIC在超表面中扩展了应用领域，并在调制轨道角动量(Orbitalangularmomentum,OAM)的功能应用上具有巨大的潜力。
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