[发明专利]一种实现双偏振通道可调谐电磁感应透明的超材料及其实现方法

说明书

本发明公开了一种实现双偏振通道可调谐电磁感应透明的超材料。通过设计了一种复合超材料以实现近红外波段双偏振通道可调谐电磁感应现象。所设计的超材料包括底部的基底层以及附着在基底上表面的周期间隔排列的介质方块和二氧化钒方块。本发明通过选择基底以及介质方块的材料以及设计各个元件间的尺寸参数，可以在近红外波段实现双偏振通道可调谐电磁感应透明现象。当x偏振光和y偏振光分别入射该超材料时，都能在近红外波段实现高品质的电磁感应现象。此外，通过调整二氧化钒的电导率将实现对电磁感应透明窗口的灵活调控。该结构在光开关、慢光器件以及高灵敏度折射率传感器上具有重要应用潜力，并能够提高器件的集成度，实现器件的微型化。

技术领域

本发明属于超材料领域，涉及一种实现双偏振通道的可调谐电磁感应透明的超材料及其实现方法，可以在近红外波段同时对x偏振光和y偏振光进行灵活的调控。

背景技术

电磁感应透明(EIT)是一种量子破坏性干涉，能够在宽吸收光谱内产生窄而尖锐的透明窗口。由于这种现象的产生总是伴随着强烈的色散特性，它可以用于实现慢光效应和增强非线性效应。在早期的EIT研究中，通常需要稳定的激光源和超低温等苛刻的实验条件，阻碍了EIT效应的进一步应用，这些限制反过来又使研究人员能够专注于经典物理系统。之后，在光子晶体、电路和超材料等多个光学谐振系统中实现了类电磁感应透明效应，可以有效避免量子系统的严格实验条件，并在室温下实现。但由于金属材料不可避免的欧姆损耗和非辐射损耗，早期实现的电磁感应透明窗口的品质因子通常不高，后来提出使用高折射率和低损耗介电材料实现基于米氏谐振的近红外波段的高品质的电磁感应透明效应，在这个频率下，设计的器件尺寸可以达到纳米级。EIT在慢光器件、传感器、光存储器等方面有着广泛的应用。

作为一种特殊的电磁现象，EIT效应自被发现以来就受到广泛关注。然而，被动超材料的光学特性和功能一旦产生就固定了，因此需要实现动态可调的EIT效应以满足实际需求。如今，研究人员通常将超材料与石墨烯、相变材料和半导体等一些动态元素相结合，以实现可调谐EIT效应。在所有这些动态元素中，二氧化钒以其可逆的绝缘态到金属态的转变而脱颖而出，这种转变发生在有希望且容易达到的340K(68℃)温度下。在室温下，VO₂处于绝缘状态，而高于相变温度时它会转变为金属状态。此外，除了直接加热外，VO₂在电流和光的激发下同样可以达到相变温度，大大增加了设计的选择余地。这一新颖特性将扩展EIT效应的应用。

为了提高元器件的集成度和小型化，科学家们提出了偏振复用超表面以在正交偏振通道中实现EIT效应。由于不同激发通道中电磁耦合的区别，EIT窗口也表现出不同的特性，它可以通过改变入射波的极化来实现快速切换，从而导致元器件的功能转变。

发明内容

基于上述技术难点，本发明设计了一种结构在x和y方向上异性的超材料实现双偏振通道的可调谐电磁感应透明效应，通过改变结构的尺寸参数以及二氧化钒的电导率，可以在x和y偏振方向上实现对电磁波的灵活调控。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种实现双偏振通道可调谐电磁感应透明的超材料，所述超材料分为上下两层，包括底部的基底层以及附着在基底上表面的超表面结构单元，所述超表面结构单元为周期间隔排列的介质方块和二氧化钒方块，所述超材料能在x偏振光或y偏振光入射的情形下实现高品质近红外波段电磁感应透明现象。

优选的，所述基底层的材料为二氧化硅或蓝宝石。

优选的，基底层的厚度为120nm-250nm。

优选的，所述介质方块的材料为硅。

优选的，所述介质方块的边长为300nm-500nm，二氧化钒方块的边长为150nm-350nm，介质方块和二氧化钒方块的厚度为120nm-250nm，间距为150nm-350nm。

优选的，所述超表面结构单元的周期为1400nm-1600nm。