基于全介质超材料的电磁感应透明开关实验研究

发布时间：2021-09-19 07:12

　　设计了一种基于全介质超材料的电磁感应透明开关,该器件是由载有变容二极管的方形金属双开口环谐振器和长方体形全介质谐振器构成。方形金属双开口环谐振器产生偶极子谐振,全介质块产生米氏谐振,这两种谐振之间的近场耦合作用导致了低损耗的电磁感应透明效应。进一步地,变容二极管的非线性响应使得该器件具有非线性电磁感应透明效应特征,模拟实现了电磁开关功能。本文利用数值仿真和实验测试证明了全介质电磁开关的有效性。结果表明:该器件结构能够模拟实现电磁感应透明效应,并且,当施加在变容二极管两侧的电压从1 V变化到6 V时,在1.59 GHz处实现了约8 dB的传输对比度,模拟实现了电磁开关功能。提出的全介质/金属结构在微波电路、非线性光学和电磁开关等领域具有良好的应用前景。 

【文章来源】：电子元件与材料. 2020,39(09)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

电磁开关结构示意图

首先,本文展示了单个方形双开口环谐振器和单个全介质块,并仿真了两者的传输谱以及相应谐振点处的电流、电场分布,如图2和图3所示。从图3(a)和(b)可以看出,在入射波的激励下,与微带线直接相连的方形双开口环谐振器在2.1 GHz处产生了一个明显的宽带谐振,而单独的全介质块在5.05 GHz处产生了一个明显的窄带谐振。从图3(c)和(d)则可以看出,在2.1 GHz处,方形双开口环谐振器中存在沿逆时针流动的环形电流分布,并且由于电容耦合效应,导致靠近电容一侧的电流较强,远离电容一侧的电流较弱。同时全介质块虽然并没有与微带线直接相连,但由于微带线耦合场的作用,在全介质块中也出现了明显的呈顺时针旋转的环形电场。图3 (a)双开口环谐振器的传输谱;(b)全介质的传输谱;(c)2.1 GHz处双开口环谐振器的表面电流分布;

图2 (a)双开口环谐振器结构;(b)全介质结构为了模拟实现电磁感应透明效应,本文将方形双开口环谐振器和全介质块两个结构组合起来,形成如图1所示的全介质-金属复合超材料。为了探究电磁开关功能的有效性,研究了方形环中的变容二极管电容值变化时,复合超材料的传输谱,如图4所示。一方面,从图中可以发现该结构模拟实现了电磁感应透明效应,中心频率为3.0 GHz,带宽约为2 GHz,最大传输系数超过0.9,具有明显的低损耗特性,与原子系统中经典的EIT效应相似[17]。另一方面,从图中也可以看出随着电容值的增加(从2.4 pF增加到5.4 pF),超材料中透明窗的第一个传输谷产生了明显的偏移。因此,通过调谐变容二极管偏置电压的方式能够控制透明窗的频移,模拟实现电磁开关功能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于全介质超表面的电磁诱导透明研究[J]. 胡森,刘丹,杨河林.  光子学报. 2018(11)
[2]基于全介质超材料的光频段电磁感应透明效应[J]. 姚仲敏,赵昕,朱磊,董亮,李泰成,吴天昊,付壮壮.  应用激光. 2018(04)
[3]电磁超材料研究进展[J]. 梅中磊,张黎,崔铁军.  科技导报. 2016(18)
[4]双光子失谐对慢光和光存储影响的实验研究[J]. 闫研,李淑静,田龙,王海.  物理学报. 2016(01)
[5]人工电磁超材料的电磁波调控特性[J]. 金飚兵,冯一军,伍瑞新.  南京大学学报(自然科学). 2014(03)



本文编号：3401265