[发明专利]基于等离子体超材料的电磁调制器及多功能调制方法

说明书

本发明公开了基于等离子体超材料的电磁调制器及多功能调制方法，基板上表面设置关于基板中心90度旋转对称的四个上表面开口谐振环，并且四个上表面开口谐振环之间还设置十字形的金属横切线，在基板的下表面与四个上表面开口谐振环相对应的位置设置关于中心90度旋转对称的四个下表面开口谐振环。通过控制不同区域的固态等离子体谐振枝节的激励状态，本发明的功能可在电磁诱导透明和隔离器之间自由切换，其中电磁诱导透明的两个透射窗口均表现出良好的慢波特性，同时结合隔离器，我们能够实现多个频点在透射峰和透射谷间转换，从而能实现电磁波传输的“开/关”调制作用。

技术领域

本发明涉及固态等离子体和电磁调制器的实用技术和器件技术领域，特别是基于等离子体超材料的电磁调制器及多功能调制方法。

背景技术

电磁超材料，又称超材料，是根据人们应用需求，具有人工设计的结构并呈现出天然材料难以具备的超常物理性质的复合材料。由于电磁超材料具有与普通材料不同的电磁特性，因此在固体物理，材料学，光学以及电磁学等研究领域得到了相当大的关注与应用，是当下热门研究问题之一。超材料近年来由于其独特的电磁特性使得它衍生出了许多潜在应用，如完美隐形、负折射、成像、吸波器、天线的小型化等等，而基于电磁超材料模拟电磁诱导透明在近几年亦成为了研究热点。

电磁诱导透明是三原子系统中一个重要的干涉现象，它的特征是使得原来宽的吸收谱中出现一个陡峭的传输峰，也叫透射峰。同时，在窄带传输窗口中，传输的相位发生突变，因而产生光速减慢效果以及非线性作用。这些性质使得电磁诱导透明在慢光器件制造、光信号储存、传感器、量子开关和非线性器件中存在广泛应用。人们发现，利用超材料可以成功模拟电磁诱导透明现象，给深入研究电磁诱导透明提供了一种新的思路。电磁隔离器，即利用电磁谐振对特定频率的电磁波起到隔离作用，使其不能通过设备，从而起到限制电磁波传播的作用。如果在一些频点处合理地产生电磁谐振隔离，可以实现对电磁波传输的“开/关”调制效果。

现如今，调控手段所能达到的调控性能效果经常受限于外界环境和可调控器件对物理场的响应程度, 难以适应当今技术发展的要求。

固态等离子体能够很好地解决这一问题，固态等离子体是采用通过外加激励例如电或光的形式在半导体本征层形成的，当外加激励并且固态等离子体内载流子浓度达到一定值时，其表现出与金属性质。当未激发时，其表现类似半导体的介质特性，因此能在可调谐/可重构、多功能、多物理场的电磁器件大有用处，其实现功能更加多样，能对更加复杂多样的电磁环境做出更充分地响应。

目前很少有同时实现电磁诱导透明-隔离器功能切换的基于等离子体超材料的电磁调节器并且开关特性有待提高。另外虽然基于超材料的电磁诱导透明器件引起了广泛关注，但是通常，基于超材料的电磁诱导透明器的透明窗都在固有的单一频率范围，若调节透明窗的频率范围，必须改变结构的几何参数，而对于加工好的结构较难实现。

发明内容

本发明一方面旨在解决现有技术中基于超材料的电磁诱导透明器的透明窗都在单一频率范围的技术问题，提供一种基于等离子体超材料的电磁调制器，为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种基于等离子体超材料的电磁调制器，包括：基板，所述基板上表面设置关于基板中心90度旋转对称的四个上表面开口谐振环，并且四个上表面开口谐振环之间还设置十字形的金属横切线，在所述基板的下表面与四个上表面开口谐振环相对应的位置设置关于中心90度旋转对称的四个下表面开口谐振环；

所述上表面开口谐振环和下表面开口谐振环均由固态等离子体延伸枝节和金属枝节构成且开口方向相差90度，所述下表面开口谐振环的固态等离子体枝节只存在于与开口相对的连接处，上表面开口谐振环的固态等离子体枝节存在于开口处以及与开口相对的连接处。

进一步地，所述十字形的金属横切线由两个长为154 μm，宽为5.5 μm，厚度为0.2μm的长方体组成。

再进一步地，所述十字形的金属横切线材料为铜。