基于全介电硅超材料的电磁感应透明研究

发布时间：2020-06-30 09:45

【摘要】：电磁感应透明(electromagnetically induced transparency,EIT)是在三能级原子系统中发生的一种量子干涉现象,由不同激发跃迁途径之间的量子相消干涉造成,它可以产生一个很窄的透明窗口,使光可以自由通过一个原本高度不透明的介质传播。早前关于电磁感应透明的研究大多集中在气体介质方面,然而这需要强激光和低温等苛刻的实验条件。等离子体金属超材料实现的电磁感应透明无法避免欧姆损耗。而基于介电超材料的电磁感应透明可以避免以上这些不利条件。因此,基于低损耗的全介电硅超材料的电磁感应透明效应吸引了很多关注。电磁感应透明效应具有高透射率和强色散等优良特性,在慢光器件、量子信息存储、光学传感器和非线性光学等方面都有重要的应用。本论文利用时域有限差分法(FDTD)理论模拟了基于全介电硅超材料的电磁感应透明效应。主要工作如下:(1)提出了由三个硅纳米棒组成的呈周期排列的U型超材料结构。一个水平纳米棒充当明模谐振器,两个竖直纳米棒充当暗模谐振器。两种谐振器之间的相消干涉导致了电磁感应透明。得到的透射率为92%,Q因子为130。分别改变单元结构周期、入射光偏振角度和环境介质折射率来探究电磁感应透明窗口的变化趋势。得到了一种灵敏度为203 nm/RIU,FOM为29的纳米尺度超材料折射率传感器。通过对透射窗口相位变化的分析,得到光延迟为0.75 ps,显示在慢光器件方面的应用潜力。(2)进一步提出一种π型硅超材料结构来实现电磁感应透明,得到了高达2436的Q因子。分别改变单元结构周期和环境介质折射率来探究电磁感应透明效应的变化趋势。研究了明模谐振器和暗模谐振器之间的间距对电磁感应透明效应的影响。同时,通过对两种谐振器之间的间距进行设计和调整,可以实现场增强。所设计的超材料结构对环境介质的灵敏度为184 nm/RIU,FOM高达460,可以应用到光学传感和表面增强光谱等方面。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O431.2
【图文】：

[21]，将原子的三个能级标记为|1>、|2>和|3>，如图1-1所示。图1-1 用于EIT测量的三能级原子系统的不同模型（a）阶梯型（b）Λ型（c）V型[22]

合光ΩC时，两个能级发生强烈耦合，促使激发态能级|3>劈裂成为图1-2（b）所示的|+>和|->两个缀饰态能级。因此，在弱探测光ΩP的作用下，原子由基态能级|1>向高能级跃迁的过程就会产生|1>→|+>和|1>→|->两种可能的跃迁途径。两个不同的跃迁途径之间发生了相消性的量子干涉，导致了原子系统在共振频率处对探测光的吸收显著减少，从而产生EIT现象。图1-2（a）Λ型三能级原子系统能级示意图，（b）Λ型三能级原子系统对应的缀饰态能级图[22]另一种解释EIT效应的方法采用的是量子干涉的概念[22,26-28]。这种理论认为基态能级|1>到激发态能级态|3>的跃迁可能包含两条不同的跃迁通道，即弱探测场

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本文编号：2735172