[发明专利]一种高品质因子的全介质超材料谐振装置

说明书

本发明公开了一种高品质因子的全介质超材料谐振装置，包括基底和位于基底的上表面上的二维周期性介质谐振单元。基底由介质材料制作，每个介质谐振单元为横截面为矩形的介质条，介质条的长、宽和高满足以下条件：a≥2b,a≥2.5h,1.6a≤λ≤2.4a，其中，a、b、h分别表示介质条的长、宽、高，λ为谐振装置的谐振中心波长，介质谐振单元的介电常数大于基底的介电常数。在电磁波垂直于介质条的上表面入射且电场偏振方向垂直介质条的第一侧面的情况下，可产生Mie电、磁谐振，实现极高的Q值。

技术领域

本发明涉及一种谐振装置，属于超材料技术领域。

背景技术

全介质超材料是一种人工设计制作的亚波长周期性介质谐振结构材料。由于全介质超材料能够非常容易操控电磁波的响应和极低的损耗，可以获得自然界介质不能获得的特性而受到广泛重视。目前在生物传感、隐身衣、负折射率、光子器件等领域具有非常重要的应用。

目前对金属超材料谐振器，由于金属的欧姆损耗和谐振辐射损耗使提高Q值(quality factory，品质因子，谐振峰中心频率除以谐振峰宽度，谐振宽度以FWHM(FullWidth at Half Maxium)计算)成为非常难以解决的问题。而全介质超材料可以克服金属损耗和辐射损耗，为实现高Q谐振提供了可能性。但目前高品质因子及实现高Q电磁谐振的全介质超材料设计方法还很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高品质因子的全介质超材料谐振装置。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明高品质因子的全介质超材料谐振装置包括基底和位于基底的上表面上的二维周期性介质谐振单元，所述基底由介质材料制作，每个所述介质谐振单元为横截面为矩形的介质条，所述介质条的长度、宽度和高度满足以下条件：a≥2b,a≥2.5h,1.6a≤λ≤2.4a，其中，a表示介质条的长度，b表示介质条的宽度，h表示介质条的高度，λ为所述谐振装置的谐振中心波长，所述介质谐振单元的介电常数大于基底的介电常数。

进一步地，入射电磁波与所述介质条的上表面垂直，且入射电磁波的电场偏振方向与所述介质条的第一侧面垂直，第一侧面的长度为a、宽度为h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的二维周期性介质谐振单元结构简单，由于介质条的横截面为矩形，当介质条的几何参数满足以下条件：a≥2b,a≥2.5h,1.6a≤λ≤2.4a(a、b、h分别表示介质条的长度、宽度、高度，λ为所述谐振装置的谐振中心波长)并且谐振单元的介电常数高于基底时，若入射电磁波与介质条的上表面垂直，且入射电磁波的电场偏振方向与介质条的第一侧面垂直，能够产生Mie高阶电磁谐振，获得很高的谐振品质因子。本发明实现了在传感、滤波及光纳米器件等方面的重要应用。

附图说明

图1为本发明高品质因子的全介质超材料谐振装置的一种结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视图。

图4为本发明全介质超材料谐振装置在入射电磁波的电场偏振方向为X方向的情况下由有限元算法计算得到在580纳米—740纳米的透射率谱曲线。

图5为本发明全介质超材料谐振装置在介质条的高度和宽度固定，长度变化时，入射电磁波的电场偏振方向为X方向的情况下由有限元法计算得到在585纳米—740纳米的透射率谱曲线。

图6为本发明全介质超材料谐振装置在介质条的高度和长度固定，宽度变化时，入射电磁波的电场偏振方向为X方向的情况下由有限元法计算得到在585纳米—780纳米的透射率谱曲线。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本发明全介质超材料谐振装置的结构。