阎晓娜 高新卓 刘馨怡 金钻明

摘要：设计了包含双层空竹的超表面，通过调节其晶格周期实现了不同阶晶格模式与超表面本征模式间的耦合，获得了3个强耦合区，并在两个晶格周期处实现了弗里德里希–温特根型连续域束缚态（Friedrich-Wintgen bound states in the continuum ，FW-BIC）。基于耦合模理论对其进行分析，理论分析结果与模拟结果吻合，进一步证明了结构的有效性。讨论了在介质间隔层中基于强耦合和 FW-BIC 的局域磁场增强，发现最大磁场强度是入射太赫兹波磁场强度的41209倍，且该值是单纯的由超表面电磁共振产生的磁场强度的4倍。这项研究将为强场太赫兹产生和太赫兹非线性研究提供参考。

关键词：超表面；强耦合；连续域束缚态；耦合模理论；磁场增强

中图分类号： O 441 文献标志码： A

Research of BIC-based localized terahertz magneticenhancement in double-layered diabolo metasurface

YAN Xiaona1，GAO Xinzhuo1，LIU Xinyi1，JIN Zuanming2

（1. College of Science， Shanghai University， Shanghai 200444， China;

2. School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai forScience and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： Ametasurfacecomposedofstackeddouble-diabolostructurewasdesigned. By adjusting lattice period of the metasurface， hybridization between different order lattice modes and eigenmodes of the metasurface led to three strong coupling regions and two Friedrich-Wintgen BIC （FW-BIC） at two lattice periods. The analysis results based on the coupled mode theory agreed well withthenumericalsimulation，whichfurtherprovedthevalidityofourstructure. Thestrong coupling and BIC effect could be used to enhance localized magnetic field in spacer layer. The maximum magnetic field intensity was 41209 times of the incident THz wave， and this value was 4 times comparing with the purely electromagnetic resonance of metasurface. The results provide suggestions for the study of strong field THz generation and THz nonlinear optics.

Keywords： metasurface; strong coupling; bound states in the continuum; coupled mode theory;magnetic field enhancement

引言

随着太赫兹科学技术的发展和成熟，太赫兹波被广泛应用于安全检测、疾病诊断、通信和国防等领域。然而，由于自然界中缺乏天然响应的太赫兹材料，强场太赫兹器件的发展仍受到限制。超材料是人工设计的亚波长微结构材料，通过对微结构单元设计，超材料能够实现任意的介电常数和磁导率，从而为灵活调控电磁波提供了可能。太赫兹超材料的出现为制备太赫兹功能器件，进而有效调控太赫兹波提供了解决方案。

衡量强场太赫兹器件性能的指标之一是需具备光场束缚能力，从而增强光与物质的相互作用，因此在太赫兹超材料的设计中需引入光场束缚机制以获得强太赫兹场。……