一、成果简介
湖南工商大学微电子与物理学院陈智全博士，在期刊《中国科学》上发表了题为“基于全介质椭圆孔的多参数BIC调控及高灵敏传感特性”的文章，对光学中的基于对称保护的连续域束缚态（BIC）进行了多方面的调控并对其传感特性进行了深入探讨，在高灵敏传感研究领域取得了重要进展，该研究在生物传感、光开关、滤波器件等领域有巨大的应用前景。
图 1 (a) 器件整体示意图; (b) 单元结构三维结构图; (c) 单元结构xy二维平面示意图;
(d) BIC模式与QBIC模式下的透射谱
二、研究亮点
本研究提出了一种基于SiO 2 衬底和4个全介质椭圆Si孔组成的BIC超构器件，通过调节对角椭圆孔的旋转角度、长短轴大小等多种参数，实现了系统中的BIC模式和QBIC模式的转换。传统的调控手段仅仅实现了单一参数对BIC的调控, 其调控的手段有限。而本文实现了对4个椭圆孔超构器件BIC的多参数调控, 产生的QBIC的Q因子可跨越4个数量级(10 2 –10 5 )。通过4种不同的手段对BIC进行调控，为多方位调控BIC提供了一种全新的思路, 提高了器件设计自由度和优化空间。多参数同时调控也为实现双通道、多通道的QBIC共振提供了设计思路。通过分析不同参数对BIC的调控发现, 垂直于电场方向的参数变化对QBIC共振的影响较大，而平行于电场方向的参数变化对其影响较小。对角度破缺和短轴破缺所支持的QBIC共振进行了电磁多级展开，发现其共振现象主要由MQ和TD模式支持，其中MQ模式占主导地位。最后对短轴破缺的椭圆孔超构器件传感特性进行研究，获得了一种具有超高FOM的折射率传感器。当Δb= 7 nm时，该传感器的Q值高达6 × 10 4，FOM达到7000。Δb = 60 nm时，该传感器的灵敏度可达276 nm/RIU，实现了超高灵敏度的折射率传感，其传感性能较已有研究具有显著优势且仍有进一步提升的空间。该研究能加速BIC在生物单分子检测、医疗诊断和化学检测等精密传感器中的应用。
图2 (a) 器件在短轴破缺Δb = 35 nm时在不同折射率介质中的透射谱; (b) 不同破缺程度下器件的共振峰位置随折射率的变化; (c) 不同破缺程度下器件的Q因子和FOM随折射率的变化; (d) 不同破缺程度器件的传感灵敏度。
三、完成人简介
陈智全，第一作者，湖南工商大学微电子与物理学院讲师，研究方向为微纳光子器件及微纳制造等；
许辉，湖南工商大学微电子与物理学院讲师，研究方向为人工微纳结构光电器件等。
成果链接： https://www.sciengine.com/SSPMA/doi/10.1360/SSPMA-2025-0027