[发明专利]一种实现类电磁诱导透明效应的超材料及方法

说明书

本发明涉及一种实现类电磁诱导透明效应的超材料及方法，衬底以及在所述衬底上的周期性的结构子单元，所述结构子单元包括作为暗模谐振器的平行切割线对和作为亮膜谐振器的垂直切割线对，所述平行切割线对和所述垂直切割线对由金属材料制成；在结构子单元和衬底之间设置有两条不同宽度的墨烯带，一条石墨烯带置于亮膜谐振器下实现透射窗的展宽，另一条石墨烯带用于连接所有亮膜谐振器。本发明应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种实现类电磁诱导透明效应的超材料及方法。

背景技术

电磁诱导透明(EIT)描述的是在宽吸收曲线中产生的尖锐透射窗口的一种实验现象，这种现象伴随着光的色散特性的改变，因此具有许多潜在的应用，如慢光、生物化学传感、滤波等。这种现象最开始是在三能级原子系统实验中发现的，是由两个不同激发路径之间产生的量子破坏性干扰引起的。但由于原子系统的实验需要极其苛刻的条件，如光泵浦和极端低温等，使得EIT的应用受到了极大的限制。最近，人们提出了电磁感应透明的类似物(EIT-like)，即基于超材料来实现类电磁诱导透明效应。基于类EIT的超材料具有设计灵活、易于实现等优点，可以在太赫兹波段有着广泛的应用。

虽然目前人们做了很多类EIT的超材料的研究，但是发明人在研究中发现，现有技术的缺陷在于：这些类EIT超材料的透射窗带宽较窄，严重限制了类EIT的应用范围，并且现有技术为解决窄带宽的问题只能通过调整超材料结构的几何尺寸，这对于固定结构的超材料的实际应用非常不方便。因此迫切需要进一步研究更加简单实用的方法来实现透射窗的展宽。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，本发明提供一种实现类电磁诱导透明效应的超材料及方法。

一种实现类电磁诱导透明效应的超材料，包括衬底以及在所述衬底上的周期性的结构子单元，所述结构子单元包括作为暗模谐振器的平行切割线对和作为亮膜谐振器的垂直切割线对，所述平行切割线对和所述垂直切割线对由金属材料制成；在结构子单元和衬底之间设置有两条不同宽度的石墨烯带，一条石墨烯带置于亮膜谐振器下实现透射窗的展宽，另一条石墨烯带用于连接所有亮膜谐振器。

所述石墨烯带的表面电导率σ_g的计算公式如下：

其中e是电子电荷，K_B是玻尔兹曼常数，T是环境温度，是简化的普朗克常数，ω是入射光的角频率，Γ是载流子弛豫时间，E_F是石墨烯的费米能级。

在太赫兹波段中，根据泡利不相容原理，在满足石墨烯的费米能级E_F＞＞K_BT与的情况下，石墨烯带的表面电导率σ_g的计算公式可简化如下：

其中，e是电子电荷，是简化的普朗克常数，ω是入射光的角频率，Γ是载流子弛豫时间，E_F是石墨烯的费米能级。

所述金属材料为铝。

所述铝的光学性质表示如下：

其中γ为阻尼常数，ω是入射光的角频率，ω_P为等离子体频率。

一种实现类电磁诱导透明效应的方法，在上述的超材料的上下两极施加电压，从而改变石墨烯带的费米能级，在石墨烯带的费米能级变化的过程中，所述平行切割线对和所述垂直切割线对之间产生破坏性干涉现象，从而产生类电磁诱导透明现象。

所述平行切割线对和所述垂直切割线对之间产生破坏性干涉现象的共振频率为2.14THz。

控制所述置于亮膜谐振器下实现透射窗的展宽的石墨烯带的宽度变化，可以实现透射光谱透射窗带宽连续变化。