CN108110396B - 一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属‑介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置。本发明包括基底，以及设置在基底上下表面的长方形金属条和长方体介质条，长方形金属条和长方体介质条成对出现，且均呈二维周期性分布。本发明谐振装置沿X方向的周期为Px，沿Y方向的周期为Py。入射电磁波为Z方向，入射电磁波的电场偏振方向为X方向。其中，以长方体介质条的宽度方向为X方向,以长方体介质条的长度方向为Y方向，以长方体介质条的高度方向为Z方向。本发明首次利用金属‑介质双层混合超材料技术，实现类电磁诱导透明效应。同时能够实现高品质因子谐振和高透过率谐振，从而实现高群折射率和慢光效应。

Description

一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置
技术领域
本发明涉及一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明(类EIT)谐振装置，属于超材料技术领域。
背景技术
类电磁诱导透明是由多原子系统中的能级间干涉而产生。超材料类EIT效应是指通过超材料模拟原子系统实现类电磁诱导透明的现象。近些年来，超表面类类电磁诱导透明由于其可以产生较高的品质因子的谐振而成为纳米光子领域的焦点。高品质因子的谐振可以应用于窄带滤波器、低损耗的慢光器件和高灵敏度的光学传感器中。高的群折射率可以更有效地减慢光在介质中传播的速度，增强光与物质的相互作用，为非线性光学的研究开辟了新的方向。高品质因子的EIT应用于无标记检测中，可以大大提高传感器的灵敏度或传感品质因子，有很好的应用前景。
目前，金属超材料谐振器和全介质超材料谐振器中可以均已实现类电磁诱导透明，但利用金属-介质双层混合超材料技术来实现高品质因子类电磁诱导透明却仍未有报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，提供产生类电磁诱导透明的一种新技术。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，包括基底，以及设置在基底上下表面的长方形金属条和长方体介质条，长方形金属条和长方体介质条成对出现，且均呈二维周期性分布。
长方形金属条和长方体介质条在基底上下表面的位置可以相互替换，当长方形金属条位于基底上表面，长方体介质条位于基底下表面；当长方体介质条位于基底上表面，长方形金属条位于基底下表面。
所述的长方体介质条(3)与长方形金属条(1)呈垂直分布。
本发明谐振装置沿X方向的周期为Px,沿Y方向的周期为Py。入射电磁波为Z方向，入射电磁波的电场偏振方向为X方向。其中，以长方体介质条的宽度方向为X方向,以长方体介质条的长度方向为Y方向，以长方体介质条的高度方向为Z方向。
在实现过程中，通过调节长方形金属条的长度、宽度来改变长方形金属条谐振频率I，同时调节长方体介质条的长度、宽度和高度来改变长方体介质条的谐振频率Ⅱ；当谐振频率I和谐振频率Ⅱ相近的时候，产生类电磁诱导透明现象。通过调节基底的厚度可以调节电磁诱导透明谐振的谐振品质因子；通过调整长方形金属条沿X或者Y方向的位置，或者调整长方体介质条沿X或者Y方向的位置，也能够调节电磁诱导透明谐振的谐振品质因子，从而可以提高群折射率，更好地实现慢光效应。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
①本发明利用金属-介质双层混合超材料技术，首次实现高品质因子类电磁诱导透明谐振。本发明提出了一种能够实现高品质因子类电磁诱导透明的新技术。
②本发明相对与金属超材料类电磁诱导透明谐振装置，其谐振品质因子能够超出很多倍。
③通过本发明装置，能够有效提高在类电磁诱导透明窗口的群折射率，从而实现慢光效应。
④本发明装置能够作为不同折射率材料的传感，且传感的灵敏度较高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为图1所示的装置根据有限元法计算得到的在1110-1300纳米的透过率谱曲线图。
图4为图1所示的装置中不同基底厚度t与其对应的谐振品质因子的变化关系曲线。
具体实施方式
以下结合附图进一步详细说明本发明。
图1和图2示出了本发明的一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置的结构。如图1和图2所示，金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置包括基底2、位于基底2上表面的长方形金属条1和位于基底2下表面的长方体介质条3，长方形金属条1和长方体介质条3均呈二维周期性分布。如图1所示，本发明装置的结构沿X方向的周期为Px,Y方向的周期为Py。入射电磁波为Z方向，入射电磁波的电场偏振方向为X方向。其中，以长方体介质条3的宽度方向为X方向,以长方体介质条3的长度方向为Y方向，以长方体介质条3的高度方向为Z方向。a为长方形金属条1的长度，b为长方形金属条1的宽度，c为长方形金属条1的厚度；d为长方体介质条3的长度，e为长方体介质条3的宽度，f为长方体介质条3的高度；t为基底2的厚度。
本发明在实现过程中，通过调节长方形金属条1的长度a、宽度b来改变长方形金属条谐振频率I，同时调节长方体介质条3的长度d、宽度e和高度f来改变长方体介质条的谐振频率Ⅱ；当谐振频率I和谐振频率Ⅱ相近的时候，产生类电磁诱导透明现象。
二维周期性的金属超材料具有电偶极谐振；二维周期性的介质超材料也具有电偶极和磁偶极谐振。通过操控这两种谐振之间的相互作用，可以实现类电磁诱导透明效应。
实施例1：
以下以具体的实施例来说明本发明的技术效果。
将本发明采用工作于近红外波段1200纳米附近，电磁波为正入射，线偏光入射。基底2的介电常数为2.13；位于基底2上表面的长方形金属条1的材料为金；位于基底2下表面的长方体介质条3的材料为硅，介电常数为11.9。
本发明设计的结构沿X方向的周期长度Px和沿Y方向的周期长度Py均为700纳米，入射电磁波为Z方向，入射电磁波的电场偏振方向为X方向。其中，以长方形金属条1的长度方向为X方向,以长方形金属条1的宽度方向为Y方向，以长方形金属条1的高度方向为Z方向。长方形金属条1的长度a为400纳米，长方形金属条1的宽度b为100纳米，长方形金属条1的厚度c为20纳米(金属中表面到电流密度下降到表面电流密度的0.368(即1/e)的厚度为趋肤深度。趋肤深度的公式为其中，f为谐振频率，μ为金属材料的磁导率，γ为金属材料的电导率。当金属条的厚度大于趋肤深度时，增加金属的厚度对谐振无影响。因此长方形金属条1的厚度c大于金的集肤深度即可，在此波段，经计算，金的集肤深度为3.7nm)；长方体介质条3的长度d为640纳米，长方体介质条3的宽度e为280纳米，长方体介质条3的高度f为160纳米；基底2的厚度t为720纳米。
当设计结构的尺寸参数为上述参数时，使用有限元法在1110～1300纳米范围内计算得到的金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置的透射过率谱曲线如图3所示。从图3可以看出，金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置在此频率范围内产生类EIT现象，其中心波长为1199纳米，其谐振峰幅值可达0.96，谐振品质因子Q可根据公式Q＝f0/Δf进行计算(其中，f0为谐振峰处对应的谐振频率，△f表示类电磁诱导透明窗口中谐振峰达到最大幅值的一半时对应的谐振频率的宽度)。经计算，品质因子可以达到4360。
在类电磁诱导透明窗口的谐振峰处所对应的群折射率的值可根据公式ng＝λ2/(FWHM*4*t)进行估算(其中，ng表示群折射率，λ表示谐振峰处对应的谐振波长，FWHM表示类电磁诱导透明窗口中谐振峰达到最大幅值的一半时对应的谐振波长宽度，t表示谐振器件的有效厚度)。经计算，谐振峰处对应的群折射率可达7182。
需要说明的是，通过调整基底2的厚度，或者调整长方形金属条1和长方体介质条3沿X或者Y方向的相对位置，可以获得不同大小的谐振透过率强度和谐振品质因子。另外，本发明谐振装置还可以用于太赫兹、微波波段等波段。

Claims (6)

1.一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，其特征在于包括基底(2)，以及设置在基底(2)上下表面的长方形金属条(1)和长方体介质条(3)，长方形金属条(1)和长方体介质条(3)成对出现，且均呈二维周期性分布；
长方形金属条(1)和长方体介质条(3)分别位于基底(2)的两侧；
长方体介质条(3)与长方形金属条(1)呈垂直分布。
2.根据权利要求1所述的一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，其特征在于长方形金属条(1)位于基底(2)上表面，长方体介质条(3)位于基底(2)下表面。
3.根据权利要求1所述的一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，其特征在于长方体介质条(3)位于基底(2)上表面，长方形金属条(1)位于基底(2)下表面。
4.根据权利要求2或3所述的一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，其特征在于该谐振装置沿X方向的周期为Px,Y方向的周期为Py；入射电磁波为Z方向，入射电磁波的电场偏振方向为X方向；其中，以长方体介质条(3)的宽度方向为X方向,以长方体介质条(3)的长度方向为Y方向，以长方体介质条(3)的高度方向为Z方向。
5.根据权利要求4所述的一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，其特征在于在实现过程中，通过调节长方形金属条(1)的长度、宽度来改变长方形金属条谐振频率I，同时调节长方体介质条的长度、宽度和高度来改变长方体介质条的谐振频率Ⅱ；当谐振频率I和谐振频率Ⅱ相近的时候，产生电磁诱导透明现象。
6.根据权利要求5所述的一种金属-介质双层混合超材料类电磁诱导透明谐振装置，其特征在于在实现过程中，通过调节基底的厚度可以调节电磁诱导透明谐振的谐振品质因子。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109557050B (zh) * 2018-11-29 2021-05-18 重庆邮电大学 一种互补型结构的太赫兹超材料传感器
CN109742490A (zh) * 2019-02-28 2019-05-10 齐齐哈尔大学 一种基于电磁感应透明效应的全介质电磁开关
CN110190404A (zh) * 2019-05-21 2019-08-30 电子科技大学 一种工作于太赫兹频段的电磁诱导透明超表面
KR102328062B1 (ko) * 2019-10-25 2021-11-17 홍익대학교 산학협력단 넓은 대역폭 및 고효율의 평면형 메타표면 역반사체
CN111755834B (zh) * 2020-07-03 2021-03-30 电子科技大学 一种类共面波导传输线结构的高品质因子微波超材料
CN113917588B (zh) * 2021-09-06 2022-07-05 武汉理工大学 超表面结构透射式偏振调控器及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3950197A (en) * 1973-07-11 1976-04-13 La Vermiculite Et La Perlite S.A. Method for making a substantially planar structure constituted by jointed building elements
US7884991B1 (en) * 2009-07-21 2011-02-08 National Tsing Hua University Structure and method for realizing electromagnetically-induced transparency
CN104701595A (zh) * 2015-04-03 2015-06-10 中国计量学院 一种超材料谐振装置
CN107037507A (zh) * 2017-06-16 2017-08-11 中国计量大学 一种高品质因子的全介质超材料谐振装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124673A (ja) * 2001-10-10 2003-04-25 Toppan Printing Co Ltd 電磁波シールド性を有するフィルム
US7450794B2 (en) * 2006-09-19 2008-11-11 Virgin Islands Microsystems, Inc. Microcircuit using electromagnetic wave routing
CN101943803A (zh) * 2010-07-07 2011-01-12 电子科技大学 一种用于太赫兹波调制的结构材料
CN106299564B (zh) * 2016-10-27 2018-10-19 桂林电子科技大学 基于微腔耦合结构的等离子体弯曲波导滤波器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3950197A (en) * 1973-07-11 1976-04-13 La Vermiculite Et La Perlite S.A. Method for making a substantially planar structure constituted by jointed building elements
US7884991B1 (en) * 2009-07-21 2011-02-08 National Tsing Hua University Structure and method for realizing electromagnetically-induced transparency
CN104701595A (zh) * 2015-04-03 2015-06-10 中国计量学院 一种超材料谐振装置
CN107037507A (zh) * 2017-06-16 2017-08-11 中国计量大学 一种高品质因子的全介质超材料谐振装置

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