近日，我校电子与信息工程学院倪波老师、常建华教授团队与中国科学院上海技术物理研究所、华东师范大学合作，在超表面多重超高品质因子（Q值）光学共振调控研究中取得新进展。相关成果以“Dual-point-groups engineering enable multi-ultrahigh-Q resonances via Brillouin zone folding in tetramer metasurfaces”为题，于10月25日在线发表于国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications），我校为论文第一署名单位。

如何在微纳尺度有效束缚和调控光，是发展高性能光子器件的重要基础。基于连续域束缚态的高Q光学共振能够有效降低辐射损耗、延长光与物质的相互作用时间，在光学传感、微纳激光和非线性光学等领域具有应用潜力。随着相关研究从单一共振走向多波长、多通道应用，如何在同一微纳结构中构建多个高Q共振，并对其共振特性进行可预测调控，成为该领域的重要研究课题。

针对这一问题，研究团队以硅基四聚体超表面为研究对象，提出了结合布里渊区折叠的“双点群”设计框架。该框架从两个不同空间中心对应的对称性出发，通过改变纳米结构中空气孔的尺寸和位置，选择性保持或降低相应的对称性，揭示了不同模式向连续域束缚态或导模共振演化的规律，实现了对模式简并解除、Q值变化、光场分布和模式分裂等特性的系统调控。研究还发现，改变晶格的长宽比例，可为共振调控提供另一条有效途径。

在理论分析和数值模拟基础上，研究团队制备了系列四聚体超表面样品，并搭建交叉偏振光学测量系统开展实验验证。结果表明，通过调节结构不对称参数，可实现多个高Q共振的激发，模式间光谱间隔可在0—70纳米范围内调节，实验测得Q值在300—20,000范围内变化。

该研究从双点群对称性出发，建立了结构扰动与光学共振特性之间的联系，为多重高Q共振超表面的设计提供了系统的分析方法，也为多波长非线性光学、微纳激光及高灵敏光学传感等器件研究提供了新的设计思路。

我校电子科学与技术专业国科大拔尖班学生顾枭为论文共同第一作者（排名第一），倪波、常建华、李冠海和黄陆军为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-78953-4

图1：四聚体超表面中的双点群与二维第一布里渊区（FBZ）折叠工程

图2：通过二维第一布里渊区（FBZ）折叠实现简并导模共振（GRs）与非简并连续域束缚态（BICs）的演化

图3：当M1或M2为导模共振（GRs）时，模式分裂与Q因子的独立调控

图4：矩形晶格四聚体超表面中M1与M2的模式工程

图5：由M2驱动的布里渊区折叠诱导BICs（BZF-BICs）及其调控的实验演示

图6：由M1驱动的简并导模共振（GRs）及其调控的实验演示