[发明专利]频率可调太赫兹电磁诱导透明器件及其频率调控方法和应用

说明书

本发明公开了一种频率可调太赫兹电磁诱导透明器件及其频率调控方法和应用，所述频率可调太赫兹电磁诱导透明器件包括：基底、单层石墨烯薄膜、n个U型开口环形金属条带和2n个类凹型金属条带；其中，n为大于等于2的整数；所述单层石墨烯薄膜设置于所述基底上；所述n个U型开口环形金属条带周期性设置于所述单层石墨烯薄膜上；每个U型开口环形金属条带内对称设置有两个类凹型金属条带，U型开口环形金属条带和两个类凹型金属条带相互耦合产生EIT效应。本发明通过改变石墨烯的费米能级可调控EIT结构的透明窗口工作频率，实现频率可调，与通过改变几何尺寸来实现被动调控相比，具有更高的效率和可行性。

技术领域

本发明属于太赫兹超材料功能器件技术领域，特别涉及一种频率可调太赫兹电磁诱导透明器件及其频率调控方法和应用。

背景技术

电磁诱导透明(Electromagnetically induced transparency，EIT)是指在量子力学三能级原子系统中，产生于特定原子能级结构的量子相消干涉效应，使得材料对电磁波的透射发生改变，即会在宽吸收谱中形成一个窄的透明窗口。这种现象总是伴随着色散特性的极端变化，因此在慢光和非线性效应等许多应用中具有潜在的价值。

然而，传统量子EIT的实现需要光泵浦温度和低温等复杂条件，这严重限制了它的实际应用，特别是在片上集成方面。对于传统的电磁诱导透明器件，只能被动调节其透明窗口工作频率，即改变其电磁诱导透明窗口工作频率只能通过改变其结构的几何尺寸，这也限制了EIT在传感、高速慢光调制等领域的实际应用。

最近，二维超材料的出现使得可以在人为设计的结构中操纵光与物质的相互作用，从而为在经典光学系统中实现EIT效应创造了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频率可调太赫兹电磁诱导透明器件及其频率调控方法和应用，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明具体提供了一种基于石墨烯的频率可调太赫兹电磁诱导透明器件，EIT周期结构的单元结构包括U型开口环形金属条带和类凹型金属条带，基底以及置于基底上方的单层石墨烯。本发明的方法中，通过改变石墨烯的费米能级可调控EIT结构的透明窗口工作频率，实现频率可调，与通过改变几何尺寸来实现被动调控相比，具有更高的效率和可行性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种频率可调太赫兹电磁诱导透明器件，包括：基底、单层石墨烯薄膜、n个U型开口环形金属条带和2n个类凹型金属条带；其中，n为大于等于2的整数；

所述单层石墨烯薄膜设置于所述基底上；所述n个U型开口环形金属条带周期性设置于所述单层石墨烯薄膜上；

每个U型开口环形金属条带内对称设置有两个类凹型金属条带，U型开口环形金属条带和两个类凹型金属条带相互耦合产生EIT效应。

本发明的进一步改进在于，所述U型开口环形金属条带的开口方向与所述类凹型金属条带的凹口方向一致。

本发明的进一步改进在于，所述频率可调太赫兹电磁诱导透明器件的整体结构由若干个周期单元结构组成；其中，每个U型开口环形金属条带结合其内的2个类凹型金属条带以及其下的单层石墨烯薄膜和基底构成一个周期单元结构。

本发明的进一步改进在于，每个周期单元结构的面积为10μm×10μm；每个周期单元结构中，所述U型开口环形金属条带宽度为0.4μm；左、右臂的长度均为7μm；左、右臂之间的连接臂的长度为7.5μm，所述连接臂距离周期单元结构预设下边界的长度为0.4μm；

所述类凹型金属条带宽度为0.2μm；所述类凹型金属条带的左、右中间臂间的连接断开且均与底部连接臂间设置有缺口，两个中间臂的长度均为4.05μm，缺口长度均为0.2μm；所述类凹型金属条带的左、右侧臂的顶部分别与左、右中间臂的顶部相连接，左、右侧臂的底部分别与底部连接臂的左、右两端相连接，左、右侧臂与左、右中间臂间的距离分别为0.8μm；