Demonstração experimental de múltiplas ressonâncias de Fano em uma matriz espelhada de divisão

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15846 (2022) Citar este artigo

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Este trabalho demonstra a primeira observação experimental de múltiplas ressonâncias de Fano na faixa de terahertz em um sistema baseado em um conjunto de ressonadores de anel dividido simétricos espelhados depositados em substrato de politetrafluoroetileno (PTFE) de baixa perda e baixo índice de refração. Pela primeira vez, a ativação seletiva de superfície induzida pela tecnologia laser foi usada para depositar uma camada de cobre em um substrato de PTFE com a aplicação adicional de litografia de máscara padrão para fabricação de metassuperfícies.

Ressonâncias do tipo Fano são observadas em metassuperfícies feitas de ressonadores de anel dividido (SRR). Para obtê-lo, é introduzida assimetria adicional no SRR. Normalmente, o anel é dividido em duas seções de comprimentos diferentes onde é excitado o chamado “modo escuro”, responsável pelo aparecimento da ressonância de Fano1. Devido ao fraco acoplamento do modo escuro com os campos elétricos externos, a ressonância Fano demonstra uma alta qualidade de ressonância. Portanto, espera-se que tal metamaterial possa encontrar aplicação no desenvolvimento de uma variedade de sensores2.

Devido aos diferentes requisitos de aplicação, o interesse de pesquisa no campo da ressonância de Fano se espalhou de uma única ressonância de Fano para múltiplas ressonâncias de Fano. As ressonâncias multiespectrais de Fano são promissoras em sensoriamento bioquímico multicanal3, geração de segundo harmônico multibanda4 e absorvedores/emissores multibanda5. Embora a ressonância Fano única surja da combinação de um modo claro e um modo escuro, a combinação de um modo claro com vários modos escuros pode resultar em várias ressonâncias Fano. Múltiplas ressonâncias de Fano são criadas pela introdução de novas assimetrias em uma estrutura periódica planar , excitação coletiva de uma rede de metamoléculas que consiste em dois ressonadores de metamateriais diferentes , pelo acoplamento entre o modo plasmon-polariton de superfície e os modos de guia de onda planar multi-ordem . Múltiplas ressonâncias de Fano em estruturas de guia de ondas de metal-isolante-metal com diferentes formatos de cavidades atraíram a atenção de muitos pesquisadores devido às suas características excepcionais, incluindo facilidade de integração e confinamento profundo da luz em subcomprimentos de onda nos comprimentos de onda do visível e do infravermelho próximo. Estruturas híbridas de guias de onda de metamateriais (HMW) foram propostas para estabelecer múltiplos picos de Fano causados ​​​​por interferência destrutiva de modos de plasmon escuro quase guiado e brilhante. Considerações teóricas mostraram que, devido às características multimodo do guia de onda em placa, o projeto HMW pode oferecer uma maneira fácil de realizar múltiplas ressonâncias Fano em ressonadores metálicos simples operando nas faixas espectrais do infravermelho distante e terahertz . Recentemente, na faixa de frequência de GHz, uma transparência múltipla induzida eletromagneticamente usando uma metassuperfície de camada dupla e extensão de conversão de polarização de banda ultralarga usando múltiplas ressonâncias de Fano foi demonstrada experimentalmente. Em ambos os casos, para alcançar ressonâncias múltiplas, as células unitárias das metassuperfícies propostas foram bastante complicadas.

Neste trabalho, apresentamos a primeira observação experimental de múltiplas ressonâncias de Fano na faixa de terahertz no sistema HMW baseado em um conjunto de ressonadores de anel dividido simétricos em espelho . Propomos um esquema para observação de ressonância de Fano múltipla através da interação do modo plasmônico com modos de guia de ondas dielétricos que aparecem em um conjunto simétrico de SRRs depositados em substrato de politetrafluoroetileno (PTFE) de baixa perda e baixo índice de refração. Ao aumentar a espessura do substrato, modos de guia de onda mais elevados são excitados. Como resultado, eles interagem com o modo plasmônico e aparecem múltiplas ressonâncias de Fano. O número de ressonâncias Fano e suas frequências características podem ser simplesmente ajustados alterando a espessura do substrato. Notavelmente, nosso projeto fornece um guia de ondas aberto (sem revestimento) com grande potencial para projetar biossensores de vários comprimentos de onda, sensores de índice de refração e filtros.