CN109921193B - 基于两种耦合方式的双峰类电磁诱导透明装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于两种耦合方式的双峰类电磁诱导透明装置和方法，该装置包括介质板以及固定在介质板表面且相互之间无接触的金属谐振结构，金属谐振结构包括横切线、方环谐振器和开口谐振环；方环谐振器和开口谐振环受到入射电磁波的激励，构成明模‑明模耦合；横切线与入射电磁波的电场方向相垂直，因而不被激励而与开口谐振器之间构成明模‑暗模耦合。本发明采用的结构同时具有明模‑明模通道和明模‑暗模通道两种耦合方式，通过共用的明模，获得结构更紧凑、相互耦合作用更强的小型化双峰类电磁诱导透明装置。

Description

基于两种耦合方式的双峰类电磁诱导透明装置和方法

技术领域

本发明涉及一种产生电磁诱导透明的装置，尤其涉及一种双峰类电磁诱导透明产生装置。

背景技术

电磁诱导透明(EIT)是三维原子系统中一种重要的干涉相消现象，能够使得在原本的吸收光谱内出现高Q值的透射窗口。同时，在透射窗口内，相位具有极其强烈的色散变化，使得电磁诱导透明具有慢光效果。高Q值和慢光效果使得电磁诱导透明在传感器领域和光子通信领域存在广泛的应用。需要注意的是，在三维原子系统中实现电磁诱导透明需要极低的温度和高强度的激光等苛刻的产生条件，局限了电磁诱导透明的工程应用。

2008年，X.Zhang课题组提出用超构材料来获得模拟电磁诱导透明的效果，被称为类电磁诱导透明。X.Zhang课题组提出的类电磁诱导透明是由介质板和三个金属横切线构成的。能够被入射电磁波直接激励的称为明模，不能被入射电磁波直接激励的称为暗模。一个金属横切线竖着放置，另外两个金属横切线对齐横着放置。当入射电磁波的电场方向沿着竖着放置的金属横切线入射时，能够激励起竖着放置的横切线电谐振，选为明模，但是不能激励起横着放置的两个金属横切线谐振，选为暗模。激励起的竖着放置的横切线电谐振的能量通过近场耦合到横着放置的两个金属横切线上，能够引起横着放置的两个金属横切线的磁谐振。竖着放置的横切线电谐振和横着放置的两个金属横切线的磁谐振相关耦合诱导出类电磁诱导透明传输峰。用这种耦合方式获得的类电磁诱导透明不需要低温和高强度激光等苛刻的实验条件，简化了类电磁诱导透明产生的实验条件，推进了类电磁诱导透明的工程应用。从此之后，基于超构材料的类电磁诱导透明获得了极大的关注。

根据谐振单元耦合的方式不同可以获得不同类型的类电磁诱导透明。已发表的双峰类电磁诱导透明的耦合方式有明模-明模-明模耦合和明模-暗模-暗模耦合。对于明模-明模-明模耦合的双峰类电磁诱导透明，三个谐振器之间的都是明模耦合，近场耦合的强度较弱，不利于强的慢光效果产生。对于明模-暗模-暗模耦合的双峰类电磁诱导透明，为了获得两个强的明模-暗模通道，两个暗模放在明模的两侧，会导致大的类电磁诱导透明单元结构，不利于器件的小型化。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种双峰类电磁诱导透明产生装置，该装置同时具有明模-明模和明模-暗模两种耦合方式，能够产生显著的慢光效果，同时通过结构上的设计实现装置的小型化。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于两种耦合方式的双峰类电磁诱导透明装置，该装置包括介质板以及固定在介质板表面且相互之间无接触的金属谐振结构，金属谐振结构包括有横切线、方环谐振器和开口谐振环；介质板的表面垂直于入射电磁波的传播方向，开口谐振环的开口方向与入射电磁波的电场方向相垂直，使方环谐振器和开口谐振环受到入射电磁波的激励，二者之间相互耦合构成明模-明模耦合；横切线与入射电磁波的电场方向相垂直，使横切线不受到入射电磁波的激励，并与开口谐振环之间构成明模-暗模耦合。

进一步的，所述的开口谐振环为正方形，按照回字形结构设置在方环谐振器的内部。

本发明还提供一种采用上述装置产生双峰类电磁诱导透明的方法，包括以下步骤：

(1)入射电磁波使介质板上的一部分金属谐振结构被激励并构成明模-明模耦合，诱导出低频率处的类电磁诱导透明传输峰。

(2)步骤1中受到激励的金属结构与另一部分未受到激励的金属结构近场耦合，构成明模-暗模耦合，诱导出高频率处的类电磁诱导透明传输峰。

进一步的，步骤1中所述的一部分被激励的金属谐振结构指的是方环谐振器和开口谐振环。

进一步的，步骤2中所述的另一部分未受到激励的金属谐振结构指的是横切线。

有益效果：相对于现有技术，本发明采用明模-明模-暗模耦合方式，同时具有明模-明模耦合通道和明模-暗模耦合通道，明模-暗模耦合通道具有强的近场耦合强度，能够产生强的慢光效果。另外，设计回字型结构，只有一个明模-暗模通道，通过共用的明模，获得结构更紧凑、相互耦合作用更强的小型化双峰类电磁诱导透明装置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是使用本发明所述装置产生双峰类电磁诱导透明的传输光谱；

图3是本发明所述的横切线(cw)、开口谐振环(srr)和方环(sr)在入射电磁波的电场方向沿着y轴时的传输光谱；以及所述的横切线(cw)在电场方向沿着x轴时的传输光谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示，是本发明所述的基于两种耦合方式的双峰类电磁诱导透明产生装置的单元结构。该装置包括覆铜介质板1、横切线(谐振器)2、方环谐振器3和开口谐振环(谐振器)4。横切线2、方环谐振器3和开口谐振环4为相互之间无接触的金属谐振结构，固定在介质板1表面。介质板1的表面，即上述横切线2、方环谐振器3和开口谐振环4所在的平面是垂直于入射电磁波的传播方向的。开口谐振环4为正方形，按照回字形结构设置在方环谐振器3的内部，开口谐振环的开口方向与入射电磁波的电场方向相垂直。当入射电磁波的电场方向沿着y轴时，则方环谐振器3中的左右两条对边的与y轴平行，另外两条对边与y轴垂直。横切线2与入射电磁波的电场方向相垂直。本发明涉及的上述结构均属于超构材料领域。

当入射电磁波的电场方向沿着y轴时，能激励起开口谐振环4谐振，开口谐振环4被选为明模。同时，入射电场沿着y轴的电磁波能够激励起方环谐振器3谐振，方环谐振器3被选为明模。通过巧妙的设计，使得开口谐振环4被嵌在方环谐振器3之内，使装置的结构更加紧凑，实现了小型化的效果。另外，入射电场沿着y轴的电磁波不能够激励起横切线2的谐振，横切线2被选为暗模。当入射电磁波的电场沿着y轴入射时，激励起开口谐振环4和方环谐振器3，两者之间的相互耦合，构成了明模-明模耦合通道，诱导出一个类电磁诱导透明传输峰。同时，激励起的开口谐振环4的能量通过近场耦合到横切线2上，引起横切线2谐振，构成了明模-暗模通道，两者之间的相互耦合诱导出另一个类电磁诱导透明传输峰。

如图2所示，是采用本发明所述装置所产生的双峰类电磁诱导透明的传输光谱。从图可以看出，当入射电磁波的电场沿着y轴入射时，在3-10GHz的传输光谱内出现明显的双峰类电磁诱导透明传输窗口。因此该装置用于激光器中可以实现无粒子数反转光放大的效果。

图3是横切线(cw)在入射电场沿着x轴和y轴的传输光谱，开口谐振环(srr)、方环(sr)和双峰类电磁诱导透明在入射电场沿着y轴的传输光谱。从图中可以看出，入射电磁波的电场沿着y轴，能激励起方环和开口谐振环谐振，不能激励起横切线谐振。因此，方环和开口谐振环被选为明模。对于横切线，电场沿着y轴入射电磁波不能激励其谐振，但是，电场沿着x轴入射电磁波能激励其谐振，横切线被选为暗模。结合EIT曲线还可以看出，低频率处的类电磁诱导透明传输窗口是由方环和开口谐振环相互耦合诱导出的，高频率处的类电磁诱导透明传输窗口是由开口谐振环和横切线相互耦合获得的。

Claims (2)

1.一种基于两种耦合方式的双峰类电磁诱导透明装置，包括介质板以及固定在介质板表面且相互之间无接触的金属谐振结构，其特征在于：该装置的金属谐振结构包括横切线(2)、方环谐振器(3)和开口谐振环(4)；介质板(1)的表面垂直于入射电磁波的传播方向，开口谐振环(4)的开口方向以及横切线(2)均与入射电磁波的电场方向相垂直；所述的开口谐振环(4)按照回字形结构设置在方环谐振器(3)的内部，所述方环谐振器(3)和开口谐振环(4)位于横切线(2)长边的一侧；所述的方环谐振器和开口谐振环被激励并构成明模-明模耦合，受到激励的方环谐振器和开口谐振环与所述的横切线耦合，构成明模-暗模耦合。

2.一种采用权利要求1所述的双峰类电磁诱导透明装置产生双峰类电磁诱导透明的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)入射电磁波使介质板上的一部分金属谐振结构被激励并构成明模-明模耦合，诱导出一个类电磁诱导透明传输峰；所述的一部分被激励的金属谐振结构指的是方环谐振器和开口谐振环；

(2)步骤1中受到激励的金属谐振结构与另一部分未受到激励的金属谐振结构耦合，构成明模-暗模耦合，诱导出另一个类电磁诱导透明传输峰；所述的另一部分未受到激励的金属谐振结构的是横切线。

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