[发明专利]一种全介质超材料类EIT谐振装置

说明书

本发明公开了一种全介质超材料类EIT谐振装置，包括平板波导和二维周期性介质谐振器，所述平板波导包括第一介质层，所述二维周期性介质谐振器由置于第一介质层的上表面且呈二维周期性分布的长方体介质条构成，所述长方体介质条的折射率大于所述第一介质层的折射率。二维周期性介质谐振器本身具有谐振特性，根据Mie谐振原理可以产生一系列的Mie谐振。另外，二维周期性介质谐振器又具有类光栅作用，可使入射波发生衍射并与平板波导导模耦合。通过操控Mie谐振和导模谐振的相互作用，可以产生类EIT效应。使用本发明所述的全介质超材料类EIT谐振装置，可以实现高品质因子谐振和高谐振强度，从而得到高的群折射率。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，尤其涉及超材料类EIT(电磁诱导透明)谐振装置。

背景技术

超材料是一种人工设计制作的亚波长周期性谐振结构材料，由于可以获得自然界介质不能获得的特性，在负折射率、隐身衣、传感、滤波器件等领域具有非常重要的应用。与金属超材料相比，全介质超材料由于没有金属欧姆损耗的影响，可以获得更高的谐振品质因子和谐振强度。

电磁诱导透明(EIT)是一种重要的物理现象，由多原子系统中的能级间干涉而产生。这种EIT现象具有强色散的特点，因此在这个区域伴随着很大的群折射率，可实现电磁波调控、降低光速、进行光的操作和存储等。

超材料的类EIT效应是指通过超材料模拟原子系统实现的类似电磁诱导透明的现象。此效应需要由半高宽一宽一窄的两个谐振相互耦合来产生。因此在超材料的一个谐振周期内需要存在两个谐振单元。这些谐振单元一般都是二维金属结构。但是由于金属损耗的存在，超材料谐振装置的Q值(quality factory，品质因子，谐振峰中心波长除以谐振峰半高全宽)和谐振强度无法同时提高，严重限制了超材料类EIT谐振装置在各个方面的应用。平板波导的导模(传输模式)具有较窄的半高宽，可以取代窄带谐振单元，简化结构并避免部分金属损耗。由二维周期分布的金属线条和平板波导构建的类EIT谐振装置由于结构简单，设计和制作都比较方便，是产生类EIT现象的首选方案之一。但是其仍然无法完全避免金属损耗对Q值的影响。因此如何同时提高Q值和谐振强度，进而提高群折射率(groupindex)、增强电磁波与物质相互作用成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种全介质超材料类EIT谐振装置，其谐振品质因子得到大幅提高，同时保持了高的谐振强度，为高群折射率的实现提供了更加可行的方案。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明的一种全介质超材料类EIT谐振装置包括平板波导和二维周期性介质谐振器，所述平板波导包括第一介质层，所述二维周期性介质谐振器由置于第一介质层的上表面且呈二维周期性分布的长方体介质条构成，所述长方体介质条的折射率大于所述第一介质层的折射率。

本发明的另一种全介质超材料类EIT谐振装置由平板波导和二维周期性介质谐振器组成，所述平板波导包括第一介质层，所述二维周期性介质谐振器由置于第一介质层的上表面且呈二维周期性分布的长方体介质条构成，所述长方体介质条的折射率大于所述第一介质层的折射率。

进一步地，本发明所述平板波导还包括第二介质层，且第二介质层的折射率小于第一介质层的折射率，所述第一介质层置于第二介质层的上表面。

进一步地，所有长方体介质条的宽边均与入射电磁波的偏振方向平行，所有长方体介质条的长边均与入射电磁波的偏振方向垂直。

进一步地，本发明所述长方体介质条的长度和宽度分别满足以下条件：n·a＝1.95λ,0.74λ≤n·b≤1.19λ，其中，a表示长方体介质条的长度，b表示长方体介质条的宽度，n表示长方体介质条的折射率，λ表示入射电磁波在真空中的波长。

进一步地，本发明所述长方体介质条的宽度满足以下条件：n·b＝1.19λ。