Démonstration expérimentale de plusieurs résonances Fano dans un réseau miroir de split

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 15846 (2022) Citer cet article

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Ce travail démontre la première observation expérimentale de résonances Fano multiples dans la gamme térahertz dans un système basé sur un réseau de résonateurs à anneau fendu symétriques en miroir déposés sur un substrat en polytétrafluoroéthylène (PTFE) à faible perte et à faible indice de réfraction. Pour la première fois, l'activation sélective de surface induite par la technologie laser a été utilisée pour déposer une couche de cuivre sur un substrat PTFE avec l'application ultérieure de la lithographie par masque standard pour la fabrication de métasurfaces.

Des résonances de type Fano sont observées dans les métasurfaces constituées de résonateurs à anneaux brisés (SRR). Pour l'obtenir, une asymétrie supplémentaire est introduite dans le SRR. Généralement, l'anneau est divisé en deux sections de longueurs différentes où est excité ce que l'on appelle le « mode sombre », responsable de l'apparition de la résonance de Fano1. En raison du faible couplage du mode sombre avec les champs électriques externes, la résonance Fano démontre une qualité de résonance élevée. Par conséquent, on s’attend à ce qu’un tel métamatériau puisse trouver une application dans le développement de divers capteurs2.

En raison des différentes exigences d'application, l'intérêt de la recherche dans le domaine de la résonance Fano s'est étendu d'une résonance Fano unique à plusieurs résonances Fano. Les résonances Fano multispectrales sont prometteuses dans la détection biochimique multicanal3, la génération de secondes harmoniques multibandes4 et les absorbeurs/émetteurs multibandes5. Alors qu'une seule résonance Fano résulte de la combinaison d'un mode clair et d'un mode sombre, la combinaison d'un mode clair avec plusieurs modes sombres peut entraîner plusieurs résonances Fano. De multiples résonances de Fano sont créées en introduisant de nouvelles asymétries dans une structure périodique planaire6, en excitant collectivement un réseau de métamolécules composé de deux résonateurs métamatériaux différents7, par couplage entre le mode plasmon-polariton de surface et les modes de guide d'ondes planaire multi-ordres8. Les multiples résonances Fano dans des structures de guides d'ondes métal-isolant-métal avec différentes formes de cavités9 ont attiré l'attention de nombreux chercheurs en raison de leurs caractéristiques exceptionnelles, notamment la facilité d'intégration et le confinement profond de la lumière dans les longueurs d'onde du visible et du proche infrarouge. Des structures de guides d'ondes métamatériaux hybrides (HMW) ont été proposées pour établir plusieurs pics de Fano provoqués par l'interférence destructrice des modes plasmons sombres quasi-guidés et brillants. Des considérations théoriques ont montré qu'en raison des caractéristiques multimodes du guide d'ondes en dalle, la conception HMW peut offrir un moyen simple de réaliser plusieurs résonances Fano dans de simples résonateurs métalliques fonctionnant dans les plages spectrales infrarouge lointain et térahertz . Récemment, dans la gamme de fréquences GHz, une transparence induite électromagnétiquement multiple utilisant une métasurface à double couche13 et une extension de conversion de polarisation à bande ultra-large utilisant plusieurs résonances Fano14 ont été démontrées expérimentalement. Dans les deux cas, pour obtenir des résonances multiples, les cellules unitaires des métasurfaces proposées ont été plutôt compliquées.

Dans ce travail, nous présentons la première observation expérimentale de résonances Fano multiples dans la gamme térahertz dans le système HMW basée sur un réseau de résonateurs à anneaux divisés symétriques en miroir . Nous proposons un schéma d'observation de résonance Fano multiple via l'interaction du mode plasmonique avec les modes de guide d'onde diélectrique apparaissant dans un réseau symétrique de miroir de SRR déposés sur un substrat en polytétrafluoroéthylène (PTFE) à faible perte et à faible indice de réfraction. En augmentant l'épaisseur du substrat, des modes de guide d'ondes plus élevés sont excités. En conséquence, ils interagissent avec le mode plasmonique et de multiples résonances Fano apparaissent. Le nombre de résonances Fano et leurs fréquences caractéristiques peuvent être simplement ajustés en modifiant l'épaisseur du substrat. Remarquablement, notre conception fournit un guide d’ondes ouvert (sans gaine) offrant un grand potentiel pour la conception de biocapteurs multi-longueurs d’onde, de capteurs à indice de réfraction et de filtres.