[发明专利]实现电磁诱导透明现象的全介质非对称十字空腔超材料

说明书

本发明公开了一种实现电磁诱导透明现象的全介质非对称十字空腔超材料，包括基底以及在基底上周期排列的介质单元，每个介质单元中设置有竖直空腔和水平空腔，竖直空腔和水平空腔互相垂直并连通，构成十字空腔，所述十字空腔为非对称结构。本发明的全介质非对称十字空腔单元结构超材料的突出特点是每一个结构单元都由介质空腔组成。相对金属超材料，没有欧姆损耗带来的热效应，该超材料可以获得较高的透射率和品质因子。该超材料的透射谱线表明，在特定方向上打破结构对称性后会出现EIT现象。相对于金属超材料的高损耗，十字空腔超材料结构通过在特定方向上打破结构对称性，可以在EIT透射峰处实现93％的高传输率和1064的品质因子。

技术领域

本发明属于超材料技术领域，特别涉及一种具有电磁诱导透明现象的超材料。

背景技术

电磁诱导透明(Electromagnetically induced transparency，简记为EIT)现象最早发现于量子系统，指由于多能级原子系统与外加电磁场之间的量子相消干涉效应，使得材料对电磁波的透射系数发生改变的现象。在材料的EIT透射峰中所观察到的高折射率等特性在慢光、非线性光学、传感器等领域拥有巨大的应用潜力。由于超材料的独特性质、电磁波与超材料的相互作用，在可见光波段、太赫兹波段和微波波段均可用超材料实现EIT现象。超材料中的EIT现象可以在常温中实现，并且更加稳定，显著提高了其应用性。此外，通过改变石墨烯的费米能级，人们实现了石墨烯超材料EIT现象的可调性。超材料实现EIT现象的本质是两个不同通道所激发的不同品质因子的谐振在同一频率发生了干涉相消。

大部分超材料实现EIT现象的工作都采用金属结构，因为金属结构可以实现表面等离激元共振(surface plasmon resonance，简记为SPR)和Fano共振。而金属结构超材料中SPR只能集中在金属表面，由于欧姆损耗的存在不可避免会有巨大的能量损失。这限制了金属超材料实现高透射率和高品质因子。金属超材料EIT透射峰的品质因子很难达到百的数量级。高品质因子谐振的超材料在滤波、超高灵敏度传感等器件设计中具有重要意义。近年人们发现非金属材料(如硅，石英等)超材料也可以被用于实现EIT现象，为解决超材料能量损失问题提供了一个很好的替代解决方案。介质超材料实现的EIT现象是由Mie共振产生，可支持电偶极和磁偶极。由于没有欧姆损耗，全介质超材料EIT透射峰的品质因子在实验中达到了600，在理论中可以达到几百甚至更高。

目前全介质超材料结构设计多为介质环、介质棒。通过全介质空腔来实现EIT现象和高品质因子的超材料研究目前尚未报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现电磁诱导透明现象的全介质非对称十字空腔超材料，实现EIT现象和高品质因子。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种实现电磁诱导透明现象的全介质非对称十字空腔超材料，包括基底以及在基底上周期排列的介质单元，每个介质单元中设置有竖直空腔和水平空腔，竖直空腔和水平空腔互相垂直并连通，构成十字空腔，所述十字空腔为非对称结构。

所述竖直空腔相对于介质单元的竖直中心线有偏移。

所述介质单元的材质为硅，基底的材质为石英。

所述全介质非对称十字空腔单元结构超材料在光吸收开关、慢光器件、传感器中的用途。

有益效果：相比于现有技术，本发明的全介质非对称十字空腔单元结构超材料的突出特点是每一个结构单元都由介质空腔组成。相对金属超材料，没有欧姆损耗带来的热效应，该超材料可以获得较高的透射率和品质因子。该超材料的透射谱线表明，在特定方向上打破结构对称性后会出现EIT现象。相对于金属超材料的高损耗，十字空腔超材料结构通过在特定方向上打破结构对称性，可以在EIT透射峰处实现93％的高传输率和1064的品质因子。

由于本发明的全介质非对称十字空腔单元结构超材料的EIT现象，该超材料在全光控制的光吸收开关、慢光器件、传感器等方面有潜在的应用价值。