Coherence of a second-order plasmonic quasi-BIC

Abstract

Bound states in the continuum (BICs) are non-radiative localized wave modes inhabiting the radiating energy spectrum. Experimental BICs, termed quasi-BICs, can be coupled to the far field but can still present narrow bandwidths and long lifetimes. Photonic quasi-BICs are associated with a topological winding of the polarization vector in the far-field emission. Quasi-BIC modes with a second-order winding can be observed in a plasmonic system with a six-fold rotational symmetry. This thesis investigates the coherence of a plasmonic nanoparticle array supporting a quasi-BIC lasing mode with a second-order topological charge. The temporal and spatial correlation of the emission is studied with a Michelson interferometer, and the results are compared to the correlation in a similar but topologically trivial system. The coherence times and lengths of the lasing modes are within the expected range. Features of the non-trivial topology are observed in the interferometry measurements of the second-order quasi-BIC mode.

Sidotut tilat kontinuumissa (BIC:t) ovat lokalisoituneita aaltotiloja, joiden energia on vastaa kontinuumin energioita, mutta jotka eivät säteile ympäristöönsä. Kokeelliset BIC:t, joita kutsutaan kvasi-BIC:ksi, voivat kytkeytyä kontinuumin tiloihin ja ovat siten havaittavissa ympäristössä säiteilynä. Fotoniset kvasi-BIC:t ovat karakterisoitavissa emission polarisaatiovektorin topologisen kiertymän mukaan. Toisen asteen kvasi-BIC:itä, eli BIC:itä joiden polarisaatiovektori on kiertynyt kahdesti, voidaan havaita kaksiulotteisissa systeemeissä, joilla on vähintään kuusinkertainen kiertokeskus.\\ Tässä diplomityössä tutkitaan plasmonisen nanohiukkashilan tuottaman toisen asteen kvasi-BIC:tilan laseroinnin koherenssia. Tilan aika- ja paikkakoherenssi mitataan Michelsonin interferometrillä, ja tuloksia verrataan samankaltaisen mutta topologisesti triviaalin systeemin koherenssiin. Tilan mitatut koherenssiajat ja -pituudet vastaavat alkuoletuksia. Toisen asteen tilan epätriviaalista topologisesta varauksesta on havaittavissa viitteitä interferometrimittauksissa interferenssikuvion epäjatkuvuuskohtina.