TWI382217B - A method for adjusting the structure of the electromagnetic wave initiated by the transparent phenomenon and its response frequency and transmittance - Google Patents

Description

一種實現電磁波引發透明現象的結構與其反應頻率、穿透率的調整方法

一種產生類似原子的電磁波引發透明現象的結構與方法，尤指一種可調控電磁波引發透明現象的反應頻率的結構與方法。

「電磁波引發透明」(electromagnetically induced transparency；EIT)的現象是共振頻率的雷射光(一般稱之為探測雷射)不被其傳遞介質吸收，亦即介質對此探測雷射而言為透明，而此透明現象是由一耦合雷射作用下所引起的。

利用這種非常特殊的量子效應，人們可將光速減慢，甚至將光捕捉(trap)在介質之中，其可以衍生出許多控制光傳播的相關應用，例如光開關或光子電腦等等。然而，如文獻Stephen E.Harris,PHYSICS TODAY,JULY,37-42(1997)；K.-J.Boller,PHYSICAL REVIEW LETTERS,VOLUME66,NUMBER20,2593-2596(1991)所述，這種量子級效應必須在極為嚴苛的條件下才得以實現，例如需要在低溫環境，且施加的耦合雷射需要有非常大的強度，又產生此一效應的入射電磁波頻率受限於使用的原子本身的特性，我們無法任意的調控產生電磁波引發透明效應的頻率，其導致在實際應用面受到了相當大的限制，難以應用於光電元件，無法發揮其實際效益。

爰是，本發明的主要目的在於揭露一種可藉由簡單的結構尺度控制，讓入射電磁波產生不同頻率的電磁波引發透明現象的結構與方法。

本發明為一種實現電磁波引發透明現象的結構與其反應頻率、穿透率的調整方法，其結構為在一晶片設置一共振結構而形成，該共振結構為導體金屬材料，且設於該晶片上，並該共振結構包含陣列排列的複數第一裂隙環型共振器與複數第二裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器為一對一設置，且該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間，該第二裂隙環型共振器為一矩形環並具一缺口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該缺口位於該容置空間之內並朝下設置。

而其方法為藉前述的結構，調整該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的間隔距離，並提供一電磁波並入射該共振結構，即可調整實現電磁波引發透明反應的效率。

據此，利用本發明的結構與方法，只要讓所構成的週期結構大於欲發生EIT效應的波長，可以在單一的電磁波施加下以及室溫環境實現類似EIT效應，同時其產生效應的頻率可以透過結構設計下任意調控，而不再受限於材料固有的性質，因而可依據實際的需要加以設計，而擴大其應用價值。

茲有關本發明之詳細內容，現配合圖式說明如下： 請參閱「圖1」~「圖6」所示，本發明讓第一裂隙環型共振器11與第二裂隙環型共振器12組成共振結構10，其中如「圖1」所示，第一裂隙環型共振器11為導體金屬材料，其可為選自金、銀、鋁與銅的任一種，且第一裂隙環型共振器11呈凹字形而具一容置空間111，其入射不同頻率電磁波(圖未示)的穿透率如「圖2」所示。

而如「圖3」所示，該第二裂隙環型共振器12亦為導體金屬材料，其可為選自金、銀、鋁與銅的任一種，且該第二裂隙環型共振器12為矩形環狀並具一缺口121，其入射不同頻率電磁波的穿透率如「圖4」所示。又如「圖5」所示，該第二裂隙環型共振器12插入該容置空間111內，其讓該缺口121位於該容置空間111之內並朝下設置即組成共振結構10，且該第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12的間隔距離D為10奈米到600奈米，其入射不同頻率電磁波的穿透率如「圖6」所示，其在特定的頻率37 THz即具高穿透率，亦即產生「電磁波引發透明」(electromagnetically induced transparency；EIT)的現象。

請再參閱「圖7」所示，本發明可實現電磁波引發透明現象的結構，其為實施於一晶片20上，共振結構10為導體金屬材料(即第一裂隙環型共振器11與第二裂隙環型共振器12)，且設於該晶片20上，並該共振結構10包含陣列排列的複數第一裂隙環型共振器11與複數第二裂隙環型共振器12，且該第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12為一對一設置。

請再參閱「圖8」~「圖13」所示，而本發明調整穿透率的步驟包含：提供複數第一裂隙環型共振器11，該第一裂隙環型共振器11為凹字形而具一容置空間111；提供複數第二裂隙環型共振器12，該第二裂隙環型共振器12為一矩形環並具一缺口121，且該第二裂隙環型共振器12插入該容置空間111內，其讓該缺口121位於該容置空間111之內並朝下設置；將該第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12形成於一晶片20上且一對一對應設置並形成一矩陣排列的共振結構10(如「圖7」所示)；調整該第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12的間隔距離D；提供一電磁波(圖未示)，該電磁波的入射方向垂直該共振結構10的平面，且該電磁波的電場偏振方向與該缺口121方向平行並入射該共振結構10。

依據上述的方法調整不同的間隔距離D(如「圖8」、「圖10」、「圖12」所示)，其穿透率將會隨之而改變(如「圖9」、「圖11」、「圖13」所示)(間距减小則穿透率提高)。請再參閱「圖14」所示，其即為該第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12的間隔距離D與穿透率峰值頻率的關係圖。

請再參閱「圖15」所示，如要改變EIT發生頻率，可透過 調整第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12的長度而得以調整EIT發生頻率，若該第二裂隙環型共振器12長度為1500 nm，第一裂隙環型共振器11長度為1600 nm，則產生EIT反應的頻率為48 THz，因此本發明可透過調整該第一裂隙環型共振器11與該第二裂隙環型共振器12的長度而得以精確控制產生EIT的頻率位置。

請再參閱「圖16」所示，該第二裂隙環型共振器12A亦可為凹字型環並具一凹口121A，且該第二裂隙環型共振器12A插入該容置空間111內，其讓該凹口121A位於該容置空間111之內並朝下設置，其同樣可以引發EIT反應。

如上所述，本發明的結構與方法，其可以在單一的電磁波施加下以及室溫環境實現類似EIT效應，其僅需要一般的平面波即可，不需要雷射，同時其產生效應的頻率與結構尺度有關，亦即可透過結構尺度的改變而任意調控，其不再受限於材料固有的性質，因而可依據實際的需要加以設計，而擴大其應用價值，且其直接施作於晶片20上，因此便於與其他光子或電子元作作整合，而能滿足實際應用上的需求。

惟上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

D‧‧‧間隔距離

10‧‧‧共振結構

11‧‧‧第一裂隙環型共振器

111‧‧‧容置空間

12、12A‧‧‧第二裂隙環型共振器

121、121A‧‧‧缺口

20‧‧‧晶片

圖1，本發明第一裂隙環型共振器的結構示意圖。

圖2，本發明第一裂隙環型共振器的穿透率-頻率關係圖 。

圖3，本發明第二裂隙環型共振器的結構示意圖。

圖4，本發明第二裂隙環型共振器的穿透率-頻率關係圖。

圖5，本發明共振結構的結構示意圖。

圖6，本發明共振結構的穿透率-頻率關係圖。

圖7，本發明實施於晶片的結構示意圖。

圖8，本發明調整結構尺度的結構示意圖一。

圖9，本發明結構特定尺度的穿透率-頻率關係圖一。

圖10，本發明調整結構尺度的結構示意圖二。

圖11，本發明結構特定尺度的穿透率-頻率關係圖二。

圖12，本發明調整結構尺度的結構示意圖三。

圖13，本發明結構特定尺度的穿透率-頻率關係圖三。

圖14，本發明結構尺度-頻率的關係圖。

圖15，本發明另一共振結構的穿透率-頻率關係圖。

圖16，本發明另一共振結構的結構示意圖。

10‧‧‧共振結構

11‧‧‧第一裂隙環型共振器

12‧‧‧第二裂隙環型共振器

Claims (10)

1. 一種實現電磁波引發透明現象的結構，其包含：一晶片；一共振結構，該共振結構為導體金屬材料，且設於該晶片上，該共振結構並包含陣列排列的複數第一裂隙環型共振器與複數第二裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器為一對一設置，且該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間，該第二裂隙環型共振器為一矩形環並具一缺口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該缺口位於該容置空間之內並朝下設置。
2. 一種實現電磁波引發透明現象的結構，其包含：一晶片；一共振結構，該共振結構為導體金屬材料，且設於該晶片上，該共振結構並包含陣列排列的複數第一裂隙環型共振器與複數第二裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器為一對一設置，且該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間，該第二裂隙環型共振器為一凹字型環並具一凹口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該凹口位於該容置空間之內並朝下設置。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之實現電磁波引發透明現象的結構，其中該共振結構的導體金屬材料為選自金、銀、鋁與銅的任一種。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之實現電磁波引發透明現象 的結構，其中該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的間隔距離為10奈米到600奈米。
5. 一種電磁波引發透明現象的穿透率調整方法，其步驟包含：提供複數第一裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間；提供複數第二裂隙環型共振器，該第二裂隙環型共振器為一矩形環並具一缺口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該缺口位於該容置空間之內並朝下設置；將該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器形成於一晶片上且一對一對應設置並形成一矩陣排列的共振結構；調整該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的間隔距離；提供一電磁波並入射該共振結構。
6. 一種電磁波引發透明現象的穿透率調整方法，其步驟包含：提供複數第一裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間；提供複數第二裂隙環型共振器，該第二裂隙環型共振器為一凹字型環並具一凹口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該凹口位於該容置空間之內並朝下設置；將該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器形成於一晶片上且一對一對應設置並形成一矩陣排列的共振結構； 調整該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的間隔距離；提供一電磁波並入射該共振結構。
7. 如申請專利範圍第5或6項所述之電磁波引發透明現象的穿透率調整方法，其中該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的導體金屬材料為選自金、銀、鋁與銅的任一種。
8. 一種電磁波引發透明現象的反應頻率調整方法，其步驟包含：提供複數第一裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間；提供複數第二裂隙環型共振器，該第二裂隙環型共振器為一矩形環並具一缺口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該缺口位於該容置空間之內並朝下設置；將該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器形成於一晶片上且一對一對應設置並形成一矩陣排列的共振結構；調整該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的長度；提供一電磁波，並該電磁波的入射方向垂直該共振結構的平面，且該電磁波的電場偏振方向與該缺口平行並入射該共振結構。
9. 一種電磁波引發透明現象的反應頻率調整方法，其步驟包含：提供複數第一裂隙環型共振器，該第一裂隙環型共振器為凹字形而具一容置空間； 提供複數第二裂隙環型共振器，該第二裂隙環型共振器為一凹字型環並具一凹口，且該第二裂隙環型共振器插入該容置空間內，其讓該凹口位於該容置空間之內並朝下設置；將該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器形成於一晶片上且一對一對應設置並形成一矩陣排列的共振結構；調整該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的長度；提供一電磁波，並該電磁波的入射方向垂直該共振結構的平面，且該電磁波的電場偏振方向與該凹口平行並入射該共振結構。
10. 如申請專利範圍第8或9項所述之電磁波引發透明現象的反應頻率調整方法，其中該第一裂隙環型共振器與該第二裂隙環型共振器的導體金屬材料為選自金、銀、鋁與銅的任一種。