近日，郑宁团队和北京环境特性研究所的李粮生研究员，在《Optics Letters》发表题为“Anomalous far-field polarization around bound states in the continuum in non-Bravais lattices”的文章。团队发现non-Bravais晶格中连续域中束缚态（Bound states in the continuum, BICs）的周围呈现出异常的远场极化，这为操控远场极化提供了新的平台。博士研究生王梦瑶为论文的第一作者，郑宁教授，李粮生研究员和纪昌银博士后为论文的共同通讯。

BICs的研究起源于Neumann和Wigner在量子力学领域的开创性工作。从那时起，这一领域已在多种光子系统中得到了广泛研究，包括光波导阵列、光子晶体、超表面以及混合质子光子系统等。这些研究揭示了光学BICs的独特性质，它们提供了一种非常规的方式来理想地捕获光。即便是在存在可以耗散能量的辐射通道的情况下，光学BICs也能在没有固有材料损耗的情况下产生无限高质量的品质因子。这一特性使得光学BICs在增强光与物质相互作用以及非线性光学响应方面具有重要的应用价值。此外，BICs表现出鲁棒的拓扑性质：BICs位于光子晶体动量空间中的极化涡旋中心，并且携带整数倍的拓扑电荷。通常认为，当结构具有镜像（σz）对称、面内（I）对称和时间反演（T）对称时，具有整数拓扑电荷的BICs在动量空间中被线性极化的涡旋所包围。但是，在这种情况下，获得椭圆极化和圆极化是不可能的，除非破坏光子晶体的σz对称或I对称。

本文中，作者揭示了一种异常的远场极化现象，即在non-Bravais晶格中，当σz、I和T对称性均保持时，at-Γ BICs可以同时被线性极化和椭圆极化的远场包围，这与以前的认知截然不同。为了详细阐述这一有趣的现象，作者设计了非对称的双原子结构。通过控制两个原子的几何参数或折射率，发现at-Γ BICs周围的远场极化会逐渐偏离线性极化甚至可以接近圆极化。

本文的研究结果表明，non-Bravais晶格可以提供一个新颖的平台来操纵远场极化，这在量子纠缠、结构光和辐射调制等方面具有重要应用价值，相关工作发表在Optics Letters 49, 1401-1404 (2024)。

文中基于有限元数值模拟了当non-Bravais晶格中两个原子具有折射率差异（图1）或尺寸差异（图2）时，BICs周围远场极化的分布。

图1 a能带结构。b 品质因子Q的分布。c,d 远场极化分布。e 远场极化态在庞加莱球上的投影。f 斯托克斯参数S3的最大值与Δn的关系。

图2 在具有不同α值的动量空间中，两种原子的远场极化和S3分布。a-d α分别为0、0.2、0.35和0.5。e 用蓝色、绿色、红色和金色分别标记a-d中圆环上的远场极化态。f 对于不同的α值，圆环上远场极化的倾斜角χ（左侧y轴）和|S3|的最大值（右侧y轴）分别在庞加莱球上的投影。

原文链接：https://opg.optica.org/ol/viewmedia.cfm?uri=ol-49-6-1401&seq=0