双共振光子晶体腔在亚波长尺寸局域光，其可在基频和倍频两个频率处支持谐振模式，故具备较高的非线性转换效率。以往工作中的双共振光子晶体腔基于带边态及连续体束缚态构建，且已被仿真和实验上所实现，但大多皆为定性分析基于各种材料双共振腔的构建方法，如何在数值上提高双共振光子晶体腔的转换效率仍未见报道。

为解决该问题，我们设计了一种基于合并连续体束缚态的双共振光子晶体腔，对于有限体积的光子晶体板，合并连续体束缚态相对于普通连续体束缚态拥有更高的品质因子，故有助于高效的频率转换。我们以z切铌酸锂板为平台，设计了异质结型光子晶体，其由外包层，渐变层及核心层组成。我们将核心层设置为大孔和小孔的复合结构，以助于带边态模式和合并连续体束缚态模式的匹配。我们通过调节晶格常数以使光子晶体处于合并连续体束缚态或普通连续体束缚态下。仿真上在基频处实现了1.5×10^5的品质因子，在倍频处实现了2000的品质因子。通过理论公式计算得到的倍频效率为48 W^-1,为普通连续体束缚态的约5倍。我们的研究可为连续体束缚态在非线性领域的应用提供参考。

图1 (a) 所提出的基于合并连续体束缚态的双共振光子晶体腔结构图。(b)所提出光子晶体腔在基频和倍频处谐振模式的品质因子随晶格常数的变化规律。(c)所提出光子晶体腔的基频谐振模的品质因子的平方和倍频处谐振模的品质因子之积随晶格常数的变化规律，及腔的空间交叠因子的平方随晶格常数的变化规律。(d)腔的理论倍频效率数值随晶格常数的变化规律。

该成果发表在“Rui Ge, Xiangmin Liu, Xiongshuo Yan, Xianfeng Chen and Yuping Chen. Doubly resonant photonic crystal cavity using merged bound states in the continuum, Physical Review B, 107(16):165406 (2023)”。

论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.165406