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

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15846 (2022) Cite 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 uma matriz de ressonadores de anel dividido simétricos espelhados depositados em substrato de politetrafluoretileno (PTFE) de baixa perda e baixo índice de refração. Pela primeira vez, a ativação de superfície seletiva induzida pela tecnologia a 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 metasuperfície.

Ressonâncias do tipo Fano são observadas em metasuperfícies feitas de ressonadores de anel dividido (SRR). Para obtê-lo, uma assimetria adicional é introduzida no SRR. Normalmente, o anel é dividido em duas seções de diferentes comprimentos 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 Fano multiespectrais são promissoras em detecção bioquímica multicanal3, geração de segundos harmônicos multibandas4 e absorvedores/emissores multibandas5. Enquanto uma única ressonância Fano surge 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 planar6, excitação coletiva de uma rede metamolecular composta por dois ressonadores metamateriais diferentes7, pelo acoplamento entre o modo plasmon-polariton de superfície e modos de guia de onda planar multiordem8. Múltiplas ressonâncias de Fano em estruturas de guia de onda metal-isolante-metal com diferentes formas de cavidades9 têm atraído a atenção de muitos pesquisadores devido às suas características excepcionais, incluindo facilidade de integração e confinamento profundo de subcomprimento de onda de luz nos comprimentos de onda visível e infravermelho próximo. Estruturas híbridas de guia de onda de metamaterial (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 slab, o projeto HMW pode oferecer uma maneira fácil de realizar múltiplas ressonâncias Fano em ressonadores de metal simples operando nas faixas espectrais de infravermelho distante e terahertz10,11,12. Recentemente, na faixa de frequência de GHz, uma transparência múltipla induzida eletromagneticamente usando uma metasuperfície13 de camada dupla e uma extensão de conversão de polarização de banda ultralarga usando múltiplas ressonâncias de Fano14 foram demonstradas experimentalmente. Em ambos os casos, para alcançar múltiplas ressonâncias, as células unitárias das metasuperfícies 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 array de ressonadores de anel dividido simétrico espelho15,16. Propomos um esquema para observação de múltiplas ressonâncias de Fano através da interação do modo plasmônico com modos de guia de ondas dielétricos que aparecem em uma matriz espelhada simétrica de SRRs depositados em substrato de politetrafluoretileno (PTFE) de baixa perda e baixo índice de refração. Ao aumentar a espessura do substrato, modos de guia de onda mais altos são ativados. 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 onda aberto (sem revestimento) com grande potencial para projetar biossensores de vários comprimentos de onda, sensores de índice de refração e filtros.