CN117410720B - 一种太赫兹电磁诱导透明器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太赫兹电磁诱导透明器件，属于太赫兹应用技术领域，太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在所述介质衬底层顶部的金属微结构，所述金属微结构所在表面为所述太赫兹电磁诱导透明器件的正面。所述金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期120‑160μm。所述介质衬底层与所述金属微结构之间集成有石墨烯。所述石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向或谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向。本发明采用上述的一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法，可实现对中心频点透过率的动态调控，以及对不同谐振频点的透过率的同时调控。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹应用技术领域，尤其是涉及一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法。
背景技术
太赫兹(THz)波是指频率在0.1THz到10THz，对应波长为0.03mm到3mm范围之内的电磁波，因此也被称为亚毫米波。近年来，太赫兹超材料技术得到了迅猛发展，各种基于超材料的太赫兹功能器件层出不穷，如太赫兹滤波器、吸波器、调制器、传感器、偏振器、开关等。特别的，新型人工电磁微结构器件的兴起为太赫兹电磁诱导透明的发展提供了新的思路，通过诸如表面等离子体、超材料等人工电磁微结构能实现太赫兹波段的低损耗器件，从而得到高性能的太赫兹电磁诱导透明(EIT)。EIT现象最开始研究于原子系统中，是一种量子相消干涉现象，其在非线性光学处理、超快开关、传感器以及光学存储等方面有着巨大的应用价值。然而要在原子系统实现EIT所需条件十分苛刻，研究人员在光学系统的一些经典的结构中发现了类似原子系统的EIT现象，称之为类电磁诱导透明(EIT-like)。经典光学中超材料的类EIT效应通过设计单位晶胞并相应定制几何形状，使得能够在射频、太赫兹、近红外和可见光区中的频率下，二者在透明窗口频率处发生相消干涉，出现透明现象。然而超材料结构为固定的结构模型，不易改变，透明窗口只限制在特定频率。为能够动态调节透明窗口，对于超材料结构的设计方法层出不穷。近年来，人们利用超材料和光学活性材料相结合，提出了许多方法来实现EIT窗口的动态调谐，例如非线性介质、半导体、液晶和石墨烯。然而，由于活性材料的频率依赖材料特性和时间响应，这些方法的调制深度和速度仍然有限。研究发现石墨烯在太赫兹频段具有低损耗特性，值得一提的是，石墨烯的电导率能够随费米能级的变化而变化，而不同的费米能级可以通过化学掺杂或者加偏压实现，这在普通金属材料中是难以实现的，石墨烯的这一特性为动态调节EIT窗口提供了新思路。
一方面，将石墨烯直接设计为EIT结构：由单层石墨烯微结构组成的新型太赫兹诱导透明超材料结构,可以通过调节石墨烯中的费米能级来动态地控制透明峰的光谱位置和线形。但这种思路只调谐透明窗口的谐振频率而不改变谐振强度，因此不能实现EIT类似物在特定谐振频率下的开关调制而不影响相邻频谱。不仅如此，纳米结构石墨烯谐振器在实践中由于超小特征尺寸不易制造且不方便调谐。另一方面，将单层石墨烯集成到基于金属的共振超材料中。以使用其在太赫兹区域中的等离子体响应来主动调制类EIT，从而在很大程度上解决了制造问题，但同时调制率低的问题也随之而来。
综上所述，现有工作主要集中在谐振频率的主动调制而不是透明窗谐振强度的调控，不仅如此，这还可能在调制过程中在相邻频谱处引入额外的噪声。一方面太赫兹应用系统的发展对高性能太赫兹电磁诱导透明器件的研制有着迫切的需求；另一方面,目前报道的太赫兹电磁诱导透明器件在插入损耗、灵敏度、调制率等方面还无法满足应用系统的实际需求，因此急需发展低损耗、高灵敏、调制率高且易加工的可调太赫兹电磁诱导透明器件。
发明内容
本发明的目的是提供一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法，解决背景技术中太赫兹电磁诱导透明器件的不可调、透过率和调制率低等关键技术问题，同时该器件还具有低损耗、调制率高的太赫兹波调制功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种太赫兹电磁诱导透明器件，太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在所述介质衬底层顶部的金属微结构，所述金属微结构所在表面为所述太赫兹电磁诱导透明器件的正面。
优选的，所述金属微结构包括在所述介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期120-160μm。
优选的，所述介质衬底层与所述金属微结构之间集成有石墨烯。
优选的，所述石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向或谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向。
优选的，所述介质衬底层的厚度为200-500μm，所述介质衬底层为高电阻硅材料。
优选的，所述金属微结构的厚度为150-200nm，所述金属微结构占结构单元的25.5-45.3％。
优选的，所述金属微结构为亚波长结构，其周期小于入射光波长。
优选的，所述介质衬底层的厚度为500μm，所述金属微结构的厚度为200nm，所述结构周期为140μm。
本发明提供了一种太赫兹电磁诱导透明器件的使用方法，入射光从正面垂直入射金属微结构表面，通过所述太赫兹电磁诱导透明器件，在0.48THz处出现透明窗口。
因此，本发明采用上述的一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法，具有以下有益效果：
(1)该器件巧妙地设计了一种由谐振子CSRR与谐振子RSRR组合而成的太赫兹超材料EIT结构，基于两种明模式之间的频率失谐和杂化原理，在0.48THz实现了74.3％的EIT透射窗口；
(2)采用两种新颖的复合方式将单层石墨烯集成到太赫兹金属超材料中来动态调整EIT窗口：在不同的石墨烯费米能级下实现了EIT透明窗口的开关调制。克服了传统电磁诱导透明器件只对谐振频率的主动调制而不是透明窗谐振强度的调控的缺点；
(3)合理设计器件几何结构参数，实现了太赫兹波段金属微结构之间，以及和介质衬介质衬底层之间的局域共振效应，正是这一工作机理的作用，相比于其他太赫兹可调电磁诱导透明器件，该器件显著地提高了透过率(74.3％)及调制率(58.7％-59.4％)；
(4)本发明提出的金属微结构器件简单新颖，在一片介质顶部镀金蒸镀出金属微结构即可，制备工艺流程简单可靠，材料成本低廉，适合大规模的低成本制作。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中金属微结构的太赫兹电磁诱导透明器件的三维结构示意图；
图2是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件中金属微结构的光学显微镜照片；
图3是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件中金属微结构电磁诱导透明特性实验测试谱线；
图4是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件在0.31TH、0.48THz、0.68THz三个频率点处，太赫兹波沿正面垂直入射时电场分布示意；
图5是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中金属微结构的太赫兹电磁诱导透明器件的三能级原子系统原理图；
图6是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子CSRR-graphene方式集成单层石墨烯的三维结构示意图；
图7是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子RSRR-graphene方式集成单层石墨烯的三维结构示意图；
图8是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子CSRR-graphene方式集成单层石墨烯，调节石墨烯费米能级所得透射曲线；
图9是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子CSRR-graphene方式集成单层石墨烯，该器件在0.48THz频率点时的电场分布示意图；
图10是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子RSRR-graphene方式集成单层石墨烯，调节石墨烯费米能级所得透射曲线图；
图11是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子RSRR-graphene方式集成单层石墨烯，该器件在0.48THz频率点时的电场分布示意图；
图12是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子CSRR-graphene方式集成单层石墨烯，调节石墨烯费米能级所得透射相位谱图；
图13本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子CSRR-graphene方式集成单层石墨烯，所得群延迟示意图；
图14是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子RSRR-graphene方式集成单层石墨烯，调节石墨烯费米能级所得透射相位谱图；
图15是本发明一种太赫兹电磁诱导透明器件及其使用方法实施例1中该器件以谐振子RSRR-graphene方式集成单层石墨烯，所得群延迟示意图；
附图标记
1、金属微结构；2、介质衬底层；3、谐振子CSRR；4、谐振子RSRR；5、入射光。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明提供了一种太赫兹电磁诱导透明器件，太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在介质衬底层顶部的金属微结构，金属微结构所在表面为太赫兹电磁诱导透明器件的正面，介质衬底层的底部为太赫兹电磁诱导透明器件的反面。金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期120-160μm，介质衬底层与金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向或谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向，介质衬底层的厚度为200-500μm，介质衬底层为高电阻硅材料，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，具有极低的损耗，对太赫兹波几乎没有吸收，金属微结构的厚度为150-200nm，其占结构单元的25.5-45.3％，金属微结构为亚波长结构，其周期小于入射光波长。优选的，介质衬底层的厚度为500μm，金属微结构的厚度为200nm，结构周期为140μm。
本发明提供了一种太赫兹电磁诱导透明器件的使用方法，入射光从正面垂直入射金属微结构表面，谐振子CSRR和谐振子RSRR之间由于明明模式耦合效应产生破坏性干涉，通过太赫兹电磁诱导透明器件，在0.48THz处出现透明窗口，从而产生EIT-Like现象，可实现74.3％的透过率。
金属微结构的可调太赫兹电磁诱导透明器件的工作方法是：以该器件为基础，在金属微结构与介质衬底层之间以谐振子CSRR-graphene和SRRR-graphene两种方式集成单层石墨烯，当所述材料外加电压时，改变单层石墨烯的费米能级从而改变石墨烯的电导率，可实现对中心频点透过率的动态调控，以及对不同谐振频点的透过率的同时调控。
将单层石墨烯集成到谐振子CSRR的裂口所在竖直方向，实现对EIT峰的主动调控，在中心频率0.48THz，调制率可达59.4％。其机理是随着石墨烯费米能级逐渐提高，分布在三个谐振器缺口处表面电场能量明显减弱,CSRR与RSRR耦合减弱，EIT效应逐渐减弱,透射曲线逐渐平缓。
将单层石墨烯集成到谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向，实现对不同共振频点透过率的同时调控，在中心频率0.48THz，调制率可达58.7％。其机理是由于石墨烯表面电导率随费米能级的增加而增强,导致EIT超材料的表面金属结构与底层石墨烯结构的谐振逐渐增强，表面电场能量进行了重新分配。
实施例1
太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在介质衬底层顶部的金属微结构，金属微结构所在表面为太赫兹电磁诱导透明器件的正面，介质衬底层的底部为太赫兹电磁诱导透明器件的反面。金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期140μm，介质衬底层与金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向或谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向，介质衬底层的厚度为500μm，介质衬底层为高电阻硅材料，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，具有极低的损耗，对太赫兹波几乎没有吸收，金属微结构的厚度为200nm，金属微结构占结构单元的33.3％，结构单元是亚波长结构的金属微结构及底部的介质衬底层，其周期小于入射光波长。金属微结构中谐振子CSRR和谐振子RSRR均作为明模式，发生局域共振及耦合效应，产生类电磁诱导透明现象，实现较高的透过率；并通过两种新颖的石墨烯集成方法实现了多个频点的透过率的动态调控。
入射光从正面垂直入射金属微结构表面，谐振子CSRR和谐振子RSRR之间由于明明模式耦合效应产生破坏性干涉，通过太赫兹电磁诱导透明器件，在0.48THz处出现透明窗口，从而产生EIT-Like现象，可实现74.3％的透过率。
实施例2
太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在介质衬底层顶部的金属微结构，金属微结构所在表面为太赫兹电磁诱导透明器件的正面，介质衬底层的底部为太赫兹电磁诱导透明器件的反面。金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期130μm，介质衬底层与金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向，介质衬底层的厚度为300μm，介质衬底层为高电阻硅材料，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，具有极低的损耗，对太赫兹波几乎没有吸收，金属微结构的厚度为170nm，金属微结构占结构单元的38.6％，结构单元是亚波长结构的金属微结构及底部的介质衬底层，其周期小于入射光波长。
实施例3
太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在介质衬底层顶部的金属微结构，金属微结构所在表面为太赫兹电磁诱导透明器件的正面，介质衬底层的底部为太赫兹电磁诱导透明器件的反面。金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期130μm，介质衬底层与金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向，介质衬底层的厚度为300μm，介质衬底层为高电阻硅材料，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，具有极低的损耗，对太赫兹波几乎没有吸收，金属微结构的厚度为170nm，金属微结构占结构单元的38.6％，结构单元是亚波长结构的金属微结构及底部的介质衬底层，其周期小于入射光波长。
实施例4
太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在介质衬底层顶部的金属微结构，金属微结构所在表面为太赫兹电磁诱导透明器件的正面，介质衬底层的底部为太赫兹电磁诱导透明器件的反面。金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期150μm，介质衬底层与金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向，介质衬底层的厚度为400μm，介质衬底层为高电阻硅材料，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，具有极低的损耗，对太赫兹波几乎没有吸收，金属微结构的厚度为180nm，金属微结构占结构单元的29.0％，结构单元是亚波长结构的金属微结构及底部的介质衬底层，其周期小于入射光波长。
实施例5
太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在介质衬底层顶部的金属微结构，金属微结构所在表面为太赫兹电磁诱导透明器件的正面，介质衬底层的底部为太赫兹电磁诱导透明器件的反面。金属微结构包括在介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期，结构周期150μm，介质衬底层与金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向，介质衬底层的厚度为400μm，介质衬底层为高电阻硅材料，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，具有极低的损耗，对太赫兹波几乎没有吸收，金属微结构的厚度为180nm，金属微结构占结构单元的29.0％，结构单元是亚波长结构的金属微结构及底部的介质衬底层，其周期小于入射光波长。
图1和图2是本发明涉及的金属微结构的可调太赫兹电磁诱导透明器件在实施例1中的结构示意图，结构如下。在厚度为500μm的高阻硅晶圆上镀200nm的金属金，谐振子CSRR和谐振子RSRR组成金属微结构，高阻硅的电阻率大于10KΩ·cm。
该器件的基本工作原理如下：首先，单独分析金属微结构和介质衬底层在该器件中起到的基本功能。金属微结构和介质衬底层的三维结构示意图如图1所示，介质衬底层为高阻硅，具有良好的射频特性，且在太赫兹范围内，损耗较小，对太赫兹波几乎没有吸收。金属微结构由200nm厚的金蒸镀而成，金属微结构为亚波长结构，其周期小于入射光波长。为了阐明EIT-Like共振产生的物理机制，研究孤立的谐振子CSRR、谐振子RSRR和两者组合构成的EIT-Like结构，在平面波沿z方向传播和电场沿x方向极化的情况下，分别计算了三种谐振子的透射光谱和场分布，图3绘制了谐振子CSRR、谐振子RSRR和两者组合构成的EIT-Like结构的透射光谱实测图，在0.48THz左右出现了一个透射峰，在0.31THz和0.68THz左右的两个共振谷之间，透射峰的幅度接近74.3％。这意味着，入射光从器件正面垂直入射金属微结构表面，谐振子CSRR和谐振子RSRR之间由于明明模式耦合效应产生破坏性干涉，出现EIT-Like现象。图4的场分布可以看出，在0.31THz处，电场能量集中在谐振子RSRR臂角处，其作为明模式直接被激发；在0.68THz处，谐振子CSRR作为明模式直接被激发；两者所组成的EIT-Like结构在0.48THz处由于频率失谐，产生破坏性干涉。为了更好解释这一现象，引入三能级原子系统如图5所示，此处有两种可能的路径，分别是|0>→|1>→|2>→|1>和|0>→|2>→|1>→|2>，这是由于|1>和|2>之间的破坏性干涉导致光吸收，从而出现透明窗口，此时电场能量集中在裂口处。
为了实现动态可调的太赫兹电磁诱导透明，接下来，我们使用两种新颖复合方法将单层石墨烯集成到所提出的EIT-Like结构中，研究其对EIT-Like超材料的调制作用。首先考虑谐振子CSRR-graphene，如图6所示，单层石墨烯集成在谐振子CSRR与谐振子RSRR之间裂缝的垂直方向上。图8显示了电场在x方向极化时，石墨烯的费米能级从0.1eV增加到0.8eV时所模拟的透射光谱。在0.48THz的中心谐振频率，没有单层石墨烯的情况下，初步观察到一个透射幅度为74.3％的透明窗口。通过改变石墨烯的费米能级，EIT-Like透明窗口的透射幅度将在中心谐振频率处实现开关调制。在0.1eV的费米能级下，EIT峰的透射幅度为69.0％。当费米能级从0.1eV增加到0.2eV时，EIT峰的透射幅度从69.0％减小到52.1％。当费米能级进一步增加到0.8eV时，透射曲线变得平滑，透射谱中的透射幅值低至28.2％，使得EIT透明窗口关闭。因此，通过改变集成单层石墨烯的费米能级来实现EIT共振强度的主动开关调制十分可行。当费米能级为0.8eV时，透明窗口消失，透射谱中只有一个谐振点。此时，石墨烯的金属性质逐渐增加，入射波只激发另一种明模谐振子RSRR，谐振频率约为0.31THz，这与独立谐振子RSRR与入射波耦合产生的谐振点一致，但石墨烯费米能级的增加导致波形出现了轻微的蓝移，且0.48THz下具有良好的调制深度(59.4％)。为了进一步探索EIT-Like共振主动操纵的物理机制。图8和图9中展示不同费米能级下所提出的EIT-Like超材料的模拟电场分布。当费米能级为0.1eV时，缺口处的电场能量较原结构明显减弱。石墨烯层的费米能级从0.1eV增加到0.8eV，间隙处的电场能量相当弱，部分集中在谐振子CSRR臂角和谐振子RSRR臂角内侧。在最大费米能级为0.8eV时，随着电导率的提高，单层石墨烯的复合效果更加明显。此外，其金属性能增强，并且与谐振子CSRR和谐振子RSRR连接，在整个过程中单层石墨烯与EIT结构的共振增强，导致谐振子CSRR与谐振子RSRR之间的耦合减弱，EIT-Like效应也减弱。
其次考虑谐振子RSRR-graphene，如图7所示，单层石墨烯集成在谐振子CSRR与谐振子RSRR之间裂缝的水平方向上。与谐振子CSRR-graphene相比，很明显，不仅实现了0.48THz频点透过率的调节，而且实现了低频段谐振频率点透过率的调节。如图10和11所示，费米能级从0.1eV增加到0.2eV，中心谐振频点的透射率从57.7％下降到47.6％。当石墨烯的费米能级为0.4eV时，整个曲线趋于光滑。有趣的是，当费米能级为0.8eV时，传输幅值下降到24.3％，形成谷，这时在0.48THz处，调制深度达到58.7％。值得一提的是，在两个山谷位置，透射幅度都显著增加。从而可以实现不同区域开关调制。接下来，通过模拟电场分布进一步分析这一现象，单层石墨烯的费米能级从0.1eV增加到0.8eV，电场能量不仅被削弱，而且被重新分配。一方面，谐振子CSRR裂口处的能量被削弱和分散，另一方面，谐振子CSRR与谐振子RSRR连接石墨烯的裂口处的能量被转移到谐振子RSRR的臂角。基于此，谐振子RSRR-graphene方式实现了对三个频点处的透过率的同时调节。
EIT现象总是伴随着色散性质的极端改变，从而导致慢光效应。在这里，我们引入群延迟来描述器件的慢光能力，图12-15分别表示以CSRR-graphene方式和RSRR-graphene方式集成石墨烯情况下的透射相移谱和群延迟随石墨烯费米能级变化的图像。在没有单层石墨烯的情况下，图12和图13中0.31THz和0.68THz处出现负群延迟，同时在位于0.68THz的透明峰处实现最大正群延迟，比如在共振频点0.68THz，透过率达到74.3％，THz辐射经历1.2ps的延迟，对应360μm自由空间传播距离的时间延迟。由图12-15可以看出，EIT结构有明显的相位色散，费米能级增加，色散减弱，导致结构逐渐失去慢光效应，群延迟最终变为典型的类偶极(LSP-Like)群延迟。因此，我们可以通过调节石墨烯的费米能级来实现切换群延时和控制群延迟量的能力。
下面举例介绍器件工作方法：如图1所示，入射光5的垂直入射到金属结构1，同时电场方向为x方向偏振，入射光可以通过器件，透过率达74.3％，实现电磁诱导透明功能；如图6所示，以谐振子CSRR-graphene方式集成单层石墨烯，调节石墨烯费米能级实现EIT-Like共振强度的主动开关调制，并在0.48THz下具有良好的调制深度(59.4％)。如图7所示，以谐振子RSRR-graphene方式集成单层石墨烯，调节石墨烯费米能级实现了对三个频点处的透过率的同时调节；且当费米能级为0.8eV时，这时在0.48THz处，调制深度达到58.7％。值得一提的是，在两个山谷位置，透射幅度都显著增加。从而可以实现不同区域开关调制。
因此，本发明采用上述的一种太赫兹电磁诱导透明器件，以该器件为基础，在金属结构与介质层之间以CSRR-graphene和RSRR-graphene两种方式集成单层石墨烯，当所述材料外加电压时，通过改变单层石墨烯的费米能级从而改变石墨烯的电导率，可实现对中心频点透过率的动态调控，以及对不同谐振频点的透过率的同时调控；同时可以实现对群延迟的动态调控及转化，该器件适用于制作光开关器件、慢光器件等光通信网络应用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种太赫兹电磁诱导透明器件，其特征在于：太赫兹电磁诱导透明器件包括介质衬底层和设置在所述介质衬底层顶部的金属微结构，所述金属微结构所在表面为所述太赫兹电磁诱导透明器件的正面；所述金属微结构包括在所述介质衬底层上蒸镀金属金获得的周期性排列的谐振子CSRR和谐振子RSRR，一组谐振子CSRR和谐振子RSRR为一个结构周期；介质衬底层与所述金属微结构之间集成有石墨烯，石墨烯集成在谐振子CSRR裂口所在竖直方向或谐振子CSRR与谐振子RSRR间的裂口所在水平方向；入射光从正面垂直入射金属微结构表面，通过所述太赫兹电磁诱导透明器件，在0.475THz处出现透明窗口；谐振子CSRR和谐振子RSRR均为明模式。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹电磁诱导透明器件，其特征在于：结构周期120-160μm。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹电磁诱导透明器件，其特征在于：所述介质衬底层的厚度为200-500μm，所述介质衬底层为高电阻硅材料。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹电磁诱导透明器件，其特征在于：所述金属微结构的厚度为150-200nm，所述金属微结构占结构单元的25.5-45.3%。
5.根据权利要求1所述的一种太赫兹电磁诱导透明器件，其特征在于：所述金属微结构为亚波长结构，其周期小于入射光波长。
6.根据权利要求1所述的一种太赫兹电磁诱导透明器件，其特征在于：所述介质衬底层的厚度为500μm，所述金属微结构的厚度为200nm，所述结构周期为140μm。
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