基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置

1.本发明涉及一种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，属于类电磁诱导透明技术领域。


背景技术：

2.电磁诱导透明eit是一种量子干涉效应，在传感器、慢光、滤波等领域具有应用前景。在使用电磁超材料在太赫兹波段实现了eit后，由于其不需要高强度和低温激光等苛刻的实验条件，基于超构材料的类电磁诱导透明获得了极大的关注。类电磁诱导透明可分为极化不敏感类电磁诱导透明、低损耗类电磁诱导透明和可调类电磁诱导透明等。
3.其中，可调类电磁诱导透明中实现可调的方式有很多种，例如，采用石墨烯、光敏硅等材料自身可变的方式进行调控，利用改变尺寸结构的方式进行结构调制，较多的是对单个传输峰的幅度或频率调控，在设计单元被制造完成之后，则难以进行调控。目前的可调类电磁诱导透明难以实现类电磁诱导透明的单双峰切换。
4.例如，中国发明专利cn201910193467.5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，同样也未实现类电磁诱导透明的单双峰切换。
5.上述问题是在可调类电磁诱导透明装置的设计与加工过程中应当予以考虑并解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置解决现有技术中存在的可调方式采用改变物理尺寸方式实现，在被制造完成后，难以实现类电磁诱导透明单双峰切换的问题。
7.本发明的技术解决方案是：
8.一种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，包括介质板，介质板设有双层金属谐振结构，双层金属谐振结构包括圆环谐振器、h形谐振器和双开口环谐振器，介质板的顶面设有圆环谐振器和h形谐振器，h形谐振器设于圆环谐振器内，且h形谐振器和圆环谐振器相互无接触，介质板的底面设有双开口环谐振器，通过改变入射电磁波的极化方向，实现类电磁诱导透明单双峰切换。
9.进一步地，h形谐振器的中间横切线与双开口环谐振器的开口方向平行。
10.进一步地，双开口环谐振器为两个开口同向并列放置的开口环组合形成的双开口环谐振器。
11.进一步地，介质板的顶面与底面分别平行于入射电磁波的方向。
12.进一步地，介质板采用聚亚酰胺制成的介质板。
13.进一步地，改变入射电磁波的极化方向为在入射电磁波的电场方向与双开口环谐振器的开口方向两者平行与垂直之间进行变化。
14.进一步地，在入射电磁波的电场方向与双开口环谐振器的开口方向相平行时，圆
环谐振器、h形谐振器会被入射电场激励而产生谐振，双开口环谐振器受到圆环谐振器、h形谐振器近场耦合激励，且不能被入射电场激发，圆环谐振器作为明模，h形谐振器作为明模，而双开口环谐振器作为暗模，构成明-明-暗模通道，圆环谐振器、h形谐振器和双开口环谐振器两两耦合，产生两个类电磁诱导透明传输峰。
15.进一步地，在入射电磁波的电场方向与双开口环谐振器的开口方向相垂直时，圆环谐振器和双开口环谐振器被入射电场激励而产生谐振，此时h形谐振器无法被电场激励产生谐振，也无法被圆环谐振器和双开口环谐振器近场耦合产生谐振，则圆环谐振器和双开口环谐振器构成明-明模通道，产生单个类电磁诱导透明传输峰。
16.本发明的有益效果是：
17.一、该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，通过采用改变入射电磁波的极化方向的方式，能够实现类电磁诱导透明中透射单双窗口之间的切换，且能够产生强的慢光效果并伴随着大的群时延，在传感器领域有着潜在的应用价值。
18.二、该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，采用双层金属谐振结构，获得类电磁诱导透明，通过将圆环谐振器、h形谐振器和双开口环谐振器分别设置同一介质板的顶面与底面，能够实现小型化，并丰富获得类电磁诱导透明的方式。
附图说明
19.图1是本发明实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置的结构示意图；
20.图2是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置的介质板的底面结构示意图；
21.图3是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置产生类电磁诱导透明的三维示意图，其中，(a)是在入射电磁波的电场沿着x轴方向入射时产生类电磁诱导透明的三维示意图，(b)是在入射电磁波的电场沿着y轴方向入射时产生类电磁诱导透明的三维示意图；
22.图4是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置的透射光谱示意图，其中，(a)是在入射电磁波的电场沿着x轴方向入射时的透射光谱示意图，(b)是在入射电磁波的电场沿着y轴方向入射时的透射光谱示意图；
23.图5是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置产生类电磁诱导透明传输窗口的相位变化以及群时延的示意图，其中，(a)是在x极化状态下相位斜率的变化示意图，(b)是在x极化状态下群时延的示意图，(c)是在y极化状态下相位斜率的变化示意图，(d)是在y极化状态下群时延的示意图；
24.图6是实施例中在入射电磁波的电场方向沿着x轴时，圆环谐振器(sr)、h形谐振器(mh)和双开口环谐振器(srrs)的传输光谱，以及圆环谐振器、h形谐振器和双开口环谐振器两两相组合的传输光谱的说明示意图；其中，sr+mh为圆环谐振器与h形谐振器之间相组合时的传输谱，sr+srr为圆环谐振器与双开口环谐振器之间相组合时的传输谱，mh+srr为h形谐振器与双开口环谐振器之间相组合时的传输谱，double eit为圆环谐振器(sr)、h形谐振器(mh)和双开口环谐振器三者相组合时产生两个传输峰时的传输谱；
25.图7是实施例中在入射电磁波的电场方向沿着y轴时，圆环谐振器(sr)、h形谐振器
(mh)和双开口环谐振器(srrs)的传输光谱，以及圆环谐振器、h形谐振器和双开口环谐振器两两相组合的传输光谱的说明示意图；其中，sr+mh为圆环谐振器与h形谐振器之间相组合时的传输谱，sr+srr为圆环谐振器与双开口环谐振器之间相组合时的传输谱，mh+srr为h形谐振器与双开口环谐振器之间相组合时的传输谱，single eit为圆环谐振器(sr)、h形谐振器(mh)和双开口环谐振器三者相组合时产生单个传输峰时的传输谱；
26.图8是实施例中双层金属谐振结构在不同极化方向下传输光谱的示意图；
27.其中：1-介质板，2-圆环谐振器，3-h形谐振器，4-双开口环谐振器。
具体实施方式
28.下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
29.实施例
30.一种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，如图1和图2，包括介质板1，介质板1设有双层金属谐振结构，双层金属谐振结构包括圆环谐振器2、h形谐振器3和双开口环谐振器4，介质板1的顶面设有圆环谐振器2和h形谐振器3，h形谐振器3设于圆环谐振器2内，且h形谐振器3和圆环谐振器2相互无接触，介质板1的底面设有双开口环谐振器4，通过改变入射电磁波的极化方向，实现类电磁诱导透明单双峰切换。
31.该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，通过采用改变入射电磁波的极化方向的方式，能够实现类电磁诱导透明中透射单双窗口之间的切换，且能够产生强的慢光效果并伴随着大的群时延，在传感器领域有着潜在的应用价值。
32.如图1和图2，h形谐振器3的中间横切线与双开口环谐振器4的开口方向平行。双开口环谐振器4为两个开口同向并列放置的开口环组合形成的双开口环谐振器4。
33.该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置中，介质板1的顶面与底面与电磁场方向相平行。介质板1采用聚亚酰胺制成的介质板1。
34.该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，改变入射电磁波的极化方向为在入射电磁波的电场方向与双开口环谐振器4的开口方向两者平行与垂直之间进行变化。在入射电磁波的方向改变过程中，实现类电磁诱导透明传输峰数量的切换。
35.在入射电磁波的电场方向与双开口环谐振器4的开口方向相平行时即当入射电磁波沿着x轴时，圆环谐振器2和h形谐振器3会被入射电场激励，圆环谐振器2和h形谐振器3被选作明模，而双开口环谐振器4会受到耦合激发，但不能被入射电场激发，双开口环谐振器4被选作暗模。且由于所设计的三部分谐振单元具有相近的谐振频率，三者的相互干涉构成了明-明-暗模耦合通道，诱导出两个类电磁诱导透明传输峰。
36.在入射电磁波的电场方向与双开口环谐振器4的开口方向相垂直时即入射电磁沿着y轴时，圆环谐振器2和双开口环谐振器4会被入射电场激励，则圆环谐振器2和双开口环谐振器4作为明模，而h形谐振器3不会受到激发且不会被其他谐振器耦合激发。由于所设计的两部分谐振单元具有相近的谐振频率，两者的相互干涉构成了明-明模耦合通道，诱导出一个类电磁诱导透明传输峰。
37.该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，双层金属谐振结构在不同的极化方向下分别表现出不同的特性，从而在极化方向改变时实现了可调特性。双层金属谐振结构的圆环谐振器2、h形谐振器3和双开口环谐振器4分别位于同一介质板1的上下
表面，实现双层类电磁诱导透明结构，能够实现结构的小型化。
38.该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，在介质板1上下表面刻蚀形成的双层金属谐振结构，包括银制圆形谐振器、h形谐振器3和双开口环谐振器4。由于圆形谐振器由于单元结构的中心对称，具有了极化不敏感特性。而h形谐振器3和双开口环谐振的单元结构并非中心对称的，因此在不同极化下会表现不同的特性。
39.图3是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置产生类电磁诱导透明的三维示意图。如图3中(a)所示，双开口环的开口方向与入射电磁波的电场方向相平行时即当入射电磁波的电场方向沿着x轴方向时，圆形谐振器和h形谐振器3会受到入射电场的激励，并且伴随着较大的q值，而双开口环谐振处于非激励状态，此时的圆环谐振器2作为明模，h形谐振器3作为明模，而双开口环谐振器4作为暗模，从而具有明-明-暗模的通道耦合方式，三部分金属谐振器结构之间通过两两耦合产生了拥有两个透明窗口的类电磁诱导透明现象，获得了具有大群时延的双传输峰类电磁诱导透明。如图3中(b)所示，通过改变极化方向，使电磁场的电磁方向与双开口环的开口方向垂直时即入射电场方向沿着y轴方向时，具有明-明模的通道耦合方式，圆环谐振器2作为明模，双开口环谐振器4作为明模，此时h形谐振器3不再被电场所激发，且不受其他谐振器的耦合影响。圆环谐振器2和双开口环谐振器4之间通过明模-明模耦合产生了单传输峰类电磁诱导透明。利用极化方向的变化，实现类电磁诱导透明的传输峰数量的变化。
40.图4是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置的透射光谱示意图。由图4中(a)可以看出，当入射电磁波的电场沿着x轴方向入射时，分别在0.878-1.255thz和1.255-1.43thz的传输光谱内出现明显的类电磁诱导透明传输窗口。由图4中(b)可以看出，当入射电磁波的电场沿着y轴方向入射时，在0.916-1.382thz的传输光谱内出现明显的类电磁诱导透明传输窗口。
41.图5是实施例基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置产生类电磁诱导透明传输窗口的相位变化以及群时延的示意图。如图5中(a)所示，在x极化状态下，由于相位斜率的快速变化，群延迟谱在第一个透明窗口的位置产生了一个陡峭的峰值，在0.923thz达到最大值7.41ps。在第二个透明窗口中，群延迟相对于前一个发生了剧烈变化，在1.284thz处达到了8.5ps的最大值。从图5中(b)中，两个窗口的最大群指数值分别为938.1和1276.2，这意味着电磁波通过相同厚度的类eit超材料，群速度为938.1(1276.2)比通过真空的时间慢几倍。图5中的(c)和(d)展示了在y极化状态下的相位变化以及群时延的情况，群时延在0.952thz处达到峰值5.88ps，峰值群指数达到881.7。上述两个不同偏振方向的群指数值显示出良好的eit效应慢波性能。如图5所示，在每一个传输窗口内相位发生了陡峭的变化并且伴随着大的群延迟，因此，该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，可用于慢光器件以及传感器领域。
42.如图6所示，当入射电磁波的电场沿着x轴，入射磁场沿着y轴时，能激励起圆环谐振器2和h形谐振器3谐振。因此，圆环谐振器2和h形谐振器3被选为明模，而此时双开口环金属谐振器不被入射电磁谐振，但能被圆环谐振器2和h形谐振器3近场耦合谐振，则被选为暗模。因此此时的电磁诱导透明的传输谱是由圆环谐振器2、h形谐振器3以及双开口环谐振器4之间相互的耦合产生。从图6中谐振器之间两两组合产生的传输谱可以看出，第一个传输峰由圆环谐振器2和h形谐振器3之间相互耦合产生的，第二个传输峰由圆环谐振器2和双开
口环谐振器4之间相互耦合产生，而两个传输峰之间的传输谷是由h形谐振器3和双开口环谐振器4之间相互耦合之后干涉了两个传输峰之后产生。因此两个传输峰的产生是由谐振器之间两两相互耦合产生。结合图6中eit曲线可以看出，两个透明窗口出现在较宽的频率范围内，因为圆环谐振器2、h形谐振器3的谐振频率相对接近并且q因子具有数量级的差异，双开口环谐振器4可以受到圆环谐振器2、h形谐振器3近场耦合产生谐振，且谐振的频率与上述两种金属谐振频率接近，因此具有获得双峰类电磁诱导透明的必要条件。
43.如图7所示，当入射电磁波的电场沿着y轴，入射磁场沿着x轴时，圆环谐振器2和双开口环谐振器4能够被激励而产生谐振。此时的h形谐振器3不能被谐振，同时也无法受到近场耦合而产生谐振。因此圆环谐振器2和双开口环谐振器4被选为明模。结合图7中eit曲线可以看出，圆环谐振器2和双开口环谐振器4的谐振频率相对接近并且q因子具有数量级的差异，因此具有获得单峰类电磁诱导透明的必要条件。
44.图8是实施例中双层金属谐振结构在不同极化方向下传输光谱的示意图。图8中，dipⅰ、dipⅱ、dipⅲ分别为峰谷1、峰谷2、峰谷3。由图8可以看出，随着极化方向0
°
即沿着x轴方向、30
°
、60
°
、90
°
即沿着y轴方向的不断变化，实施例的类电磁诱导透明的透射谱中传输峰数量会发生变化，具有单双峰切换的特性。
45.该种基于极化方式的多模耦合可调类电磁诱导透明装置，双层金属谐振结构在不同的极化方向下有着不同的状态，彼此之间的耦合影响在极化方向的切换下实现了单双峰的改变，能够产生显著的慢光效果和群折射率，同时通过结构上的设计，能够获得在传感器领域的应用。
46.以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。