基于电磁超材料的类电磁诱导透明特性研究

发布时间：2020-02-08 00:16

【摘要】：电磁诱导透明(electromagnetically induced transparency,EIT)是原子系统中的相干过程,使得原本不透明的介质在吸收区域中诱导出尖锐的透射窗口,同时伴随着强慢光特性和选频特性。这些特性使得EIT在慢光、光信号处理、光存储、传感器、量子开关和四波混频等领域存在广泛的应用。然而,EIT的产生需要低温和高强度激光等苛刻的条件,极大地限制了EIT的应用。2008年,X.Zhang课题组在太赫兹波段用超材料实现电磁诱导透明。从此之后,用电磁超材料实现电磁诱导透明获得了广泛的关注。为了区分传统的EIT,基于电磁超材料的类电磁诱导透明简写EIT-like(analogy of electromagnetically induced transparency)。与传统的EIT比较,EIT-like在室温就可以获得,不需要苛刻的实验条件。通过调节单元谐振结构的尺寸和耦合距离,就可以获得满足需要的EIT-like透射窗口。另外,用电磁超材料来模拟原子系统的EIT,为研究EIT提供了一种新的途径。本文主要对已存在耦合方式的基础上提出了两种新的耦合方式,获得大的群折射率和大带宽延时积。另外,利用环形谐振的高Q值(Q factor)来实现低损EIT-like和利用非中心对称结构来实现特定极化角度极化不敏感EIT-like。最后,研究4个开口环谐振器(SRR)的空间位置分布对Q值的影响,提出了一种裁剪EIT-like传输窗口Q值的方法。本论文的创新性工作及成果主要包括以下几个方面:1、提出了一种新的耦合方式来实现EIT-like,这种新的耦合方式是同时激励电谐振和磁谐振耦合方式。当横切线和SRR(split ring resonator)面对面放置,入射电场方向沿着横切线的径向和入射磁场方向垂直于SRR时,电谐振和磁谐振被同时激励起。横切线和SRR之间的破坏性干涉导致EIT-like传输窗口的产生,并并伴有大的群折射率,同时具有强的慢光效果。这种同时激励电谐振和磁谐振的耦合方式不同于已存在的电谐振近场耦合磁谐振等耦合方式。与电谐振近场耦合磁谐振的耦合方式比较,同时电谐振和磁谐振的耦合方式具有大的耦合距离和大的群折射率。2、提出了另一种新的耦合方式来实现EIT-like,这种新的耦合方式是磁谐振近场耦合为电谐振。6个SRR组合在一起形成一个低Q值的磁谐器,6个SRR和横切线放在一个平面上。当磁场方向垂直于SRR,电场方向垂直于横切线的径向时,6个SRR的磁谐振被激励的同时横切线的电谐振不能被激励,通过近场耦合距离,横切线的电谐振也被激励起,两者之间的破坏性干涉导致EIT-like传输窗口的产生,并伴随着大的带宽延时积,在通信系统中有潜在应用。3、获得了低损耗类电磁诱导透明。环形谐振器能够把能量局限在介质板中,使得谐振器具有较高的Q值。用电磁超材料实现了平面环形谐振器,并把环形谐振器应用到EIT-like设计中去,实现了低损EIT-like。环形谐振器作为暗模谐振器,破坏性干涉过程发生时,能量聚集在环形谐振器上,使得能量辐射不出去,获得了低损的特性。4、实现了对类电磁诱导透明极化特性的调控。用非中心对称结构实现了裁剪EIT-like传输窗口的极化特性,即在特定的极化角度使得EIT-like传输窗口具有极化不敏感性。方环谐振器在特定的极化角度具有极化不敏感特性,两个横切线互相垂直放置时也具有特定极化角度极化不敏感特性,当两者通过近场耦合距离的相互耦合时导致了在特定的极化角度具有极化不敏感性。5、获得了一种通用调节类电磁诱导透明Q值的方法。研究了4个SRR不同空间分布对其谐振Q值的影响,开口中心对称的4个SRR能够获得大的Q值,在EIT-like系统中暗模的Q值影响EIT-like传输窗口的Q值。当4个开口中心对称的SRR选为暗模谐振器,能够获得大Q值的类电磁诱导透明传输窗口。
【图文】：

传输曲线,传输曲线,电磁,横切线

图 1.1 类电磁诱导透明结构和传输曲线[44]。暗模谐振器不能耦合入射电磁波的能量，只能由明模谐暗模谐振器谐振。明模谐振器相对于暗模谐振器具有低的构上，该结构存在两条通道，一条是入射电磁波耦合到明合到暗模谐振器上再耦合到明模谐振器上，这两条通道类道，当这两条通道破坏性干涉时导致类电磁诱导透明现象透明的结构和传输曲线，当入射电场方向沿着横切线的径谐振，不能激励起水平放置的一对横切线构成的磁谐振。能量耦合到一对横切线上，，能够引起一对横切线构成的磁励起的磁谐振相互干涉，导致了图 1.1 的类电磁诱导透明现传输峰，同时在传输峰的两端伴随着传输谷。图 1.1 采明的传输峰，从图 1.1 的类电磁诱导透明传输曲线可以看输峰值也随之增加。利用电磁超材料的谐振单元结构之间互干涉过程，不需要低温和高强度激光等苛刻的实验条件

传输曲线,传输曲线,电磁,单元结构

南京航空航天大学博士学位论文果。因此，基于电磁超材料的类电磁诱导透诱导透明单元结构尺寸的改变，研究人员分现了类电磁诱导透明。在微波频率内，C. M个镜像 SRR 作为暗模谐振器获得了类电磁诱构、仿真和实验测量获得的传输曲线和反射励起横切线的电谐振，由于两个镜像 SRR 是。通过近场耦合距离 d，入射电场激励起的，能够激励起两个镜像 SRR 的磁谐振。入相互作用，导致了图 1.2 的类电磁诱导透明传反射曲线，从图可以看出，仿真和实验结构以看出，该结构能够获得大的传输峰值，大 SRR 的磁偶极子散射，从而获得了低损耗的
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34;O441

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