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应用物理 2024年第4期14卷 176-182页

作者：江心远宋子虚中国计量大学理学院浙江杭州中国计量大学光学与电子科技学院浙江杭州

近年来,基于超构表面的高Q共振在纳米尺度上增强光与物质相互作用引起了广泛的关注。在这里,我们数值演示了仅相变材料的超构表面的可调谐共振。该超构表面可以支持磁偶极子共振和环偶极子共振,通过相变材料的相变来动态地调谐这些共振... 详细信息

近年来,基于超构表面的高Q共振在纳米尺度上增强光与物质相互作用引起了广泛的关注。在这里,我们数值演示了仅相变材料的超构表面的可调谐共振。该超构表面可以支持磁偶极子共振和环偶极子共振,通过相变材料的相变来动态地调谐这些共振的波长。此外,通过改变结构参数如高度、半径等均可以实现环形偶极共振和磁偶极共振相互作用产生EIT共振,我们在超构表面上数值模拟了EIT的高Q因子。然而,当相变材料转变为晶相时,EIT共振被关闭。可切换的高Q EIT共振在慢光器件、光学调制器和生物传感器中具有潜在的应用前景。

关键词：高Q 相变材料超构表面电磁诱导透明环偶

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高Q类电磁诱导透明超材料谐振器的设计

高Q类电磁诱导透明超材料谐振器的设计

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作者：刁金艳中国计量大学

学位级别：硕士

电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是指原子三能级系统中发生量子干涉效应,在较宽的吸收光谱内产生尖锐的透明窗。超材料类EIT效应是指通过明模-暗模或明模-明模的耦合实现电磁诱导透明现象。近年来,类EIT效... 详细信息

电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)是指原子三能级系统中发生量子干涉效应,在较宽的吸收光谱内产生尖锐的透明窗。超材料类EIT效应是指通过明模-暗模或明模-明模的耦合实现电磁诱导透明现象。近年来,类EIT效应由于其灵活的结构设计与丰富的应用引起了研究员的广泛关注,各种新型类EIT谐振器也随之不断被提出。其中,高Q类EIT谐振器由于在窄带滤波、高效慢光、高灵敏度传感等领域中展示出了良好的应用前景和实用价值而得到了飞速发展。本论文以实现高Q类EIT效应为出发点,设计了两种不同耦合方式的高Q类EIT谐振器。论文主要研究工作如下:(1)基于明模-暗模耦合机理,设计了一种“S”形全介质超材料高Q类EIT谐振器。该谐振器是由“S”形硅棒和石英衬底组成。通过破坏“S”形结构的对称性,可以为明模电偶与暗模磁偶提供耦合通道,实现高Q类EIT效应。并且通过调节结构的不对称度,可以实现不同Q值的类EIT谐振,而计算最大Q值为3*10。另外,我们也计算了结构参数对类EIT谐振的影响,结果表明类EIT谐振会随着长度、宽度或高度的增加而发生红移现象,但类EIT的透明窗效果却能够保持不变,透过率也一直高达97%以上。这是由于明、暗模的谐振频率对其参数变化的灵敏度基本保持一致,导致二者之间失谐很小,相互耦合后仍会保持类EIT的效果。而在其他类EIT谐振器中,往往一个参数的改变就会引起明、暗模之间的较大失谐,而使类EIT效应消失或者变为Fano谐振。论文还进一步计算了该谐振器在传感检测中的应用,结果表示当其表面覆盖2um厚的样本溶液时,其可以实现317nm/RIU的高灵敏度。(2)基于明模-明模耦合机理,设计了一种金属-介质双层高Q超材料类EIT谐振器。该结构是由金属银框和介质硅棒分别堆叠在石英上下表面而成。当入射电磁波电场沿着硅棒短棒长方向时,通过低Q明模电偶与高Q明模环偶的干涉相消实现了一个高Q类EIT效应。另外,调节上下层的耦合距离可以对类EIT谐振的幅值和Q值进行调控,而计算的Q值最大可达2.6*10,远高于目前明模-明模耦合结构实现的类EIT谐振Q值。文中也进一步计算了结构不对称度对类EIT谐振的影响,结果表明当保持上层金属框的位置不变,而令下层硅棒沿着水平x轴移动180nm或垂直y轴移动35nm时(最大移动距离),类EIT效应的谐振位置、强度以及Q值几乎不发生改变,这将有利于器件的加工与工程应用。

关键词：高Q 电磁诱导透明全介质超材料传感检测环偶

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