一种基于磁场激发的类电磁诱导透明装置及方法与流程

1.本发明属于超构材料领域，尤其涉及一种基于磁场激发的类电磁诱导透明装置及方法。


背景技术：

2.电磁感应透明性(eit)是一种量子干涉效应，它发生在三能级原子系统中，并在较宽的吸收光谱范围内产生一个清晰的透射窗口；同时，在透射窗口内，相位具有极其强烈的色散变化，使得电磁诱导透明具有慢光效果。典型的构型涉及两个原子态，它们可以独立地激发到相同的最终态，但是在它们之间禁止跃迁。eit的重要性在于它在诱导的透明光谱区域中大大增强了非线性磁化率，并且与陡峭的色散相关联。需要注意的是，在三维原子系统中实现电磁诱导透明需要极低的温度和高强度的激光等苛刻的实验条件，这极大的限制了电磁诱导透明的应用范围。
3.2008年，加州大学伯克利分校x.zhang课题组用电磁超材料在太赫兹波段实现了eit，而且不需要低温和高强度激光等苛刻的实验条件。因此，基于电磁超材料的eit成为了研究的热点。x.zhang课题组提出的类电磁诱导透明是由介质板和三条金属横切线构成的。能够被入射电磁波直接激励的称为明模，不能被入射电磁波直接激励的称为暗模。一个金属横切线竖着放置，另外两个金属横切线对齐横着放置。当入射电磁波的电场方向沿着竖着放置的金属横切线入射时，能够激励起竖着放置的横切线电谐振，选为明模，但是不能激励起横着放置的两个金属横切线谐振，选为暗模。激励起的竖着放置的横切线电谐振的能量通过近场耦合到横着放置的两个金属横切线上，能够引起横着放置的两个金属横切线的磁谐振。竖着放置的横切线电谐振和横着放置的两个金属横切线的磁谐振相关耦合诱导出类电磁诱导透明传输峰。用这种耦合方式获得的类电磁诱导透明不需要低温和高强度激光等苛刻的实验条件，简化了类电磁诱导透明产生的实验条件，推进了类电磁诱导透明的工程应用。从此之后，基于超构材料的类电磁诱导透明获得了极大的关注。
4.根据谐振单元耦合的方式不同可以获得不同类型的类电磁诱导透明。已发表的类电磁诱导透明的耦合方式有明模-明模耦合和明模-暗模耦合，对于明模-明模耦合的类电磁诱导透明，两部分谐振器之间的是明模耦合，近场耦合的强度较弱，不利于强的慢光效果产生；对于明模-暗模耦合的类电磁诱导透明，为了获得强耦合的明模-暗模通道，明模和暗模需要彼此靠近，不利于获得大的耦合距离和大的群折射率。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于磁场激发的类电磁诱导透明装置及方法，该装置两部分金属谐振结构的激发均属磁场激发，并且是明模-明模耦合方式，能够产生显著的慢光效果和群折射率，同时通过结构上的设计可以获得在传感器领域的应用。
6.一种基于磁场激发的类电磁诱导透明装置，包括介质板及固定在介质板表面且相互之间无接触的金属谐振结构，所述金属谐振结构包括双u形环谐振器、双圆环谐振器，两
个所述介质板平行设置且介质板的表面垂直于入射电磁波的磁场方向，双u形环谐振器、双圆环谐振器分别为两个介质板的相对面上，双u形环谐振器的开口方向及双圆环谐振器两圆环之间的轴对称线方向均与入射电磁波的电场方向垂直。
7.进一步的，所述双u形环谐振器包括两个开口相对的u形环，按照开口相对的方式分布在一块介质板上。
8.进一步的，所述双圆环谐振器包括两个单圆环，所述两个单圆环并列放置且位于另一块介质板上。
9.介质板的表面垂直于入射电磁波的磁场方向，双u形环的开口方向与入射电磁波的电场方向相垂直，使双u形环金属谐振不会受到电场的激发，但会被磁场激发，并且伴随着较大的q值；双圆环之间的轴对称线与入射电场方向垂直，使双圆环不会被入射电磁波的电场激励，并且由于介质板垂直于入射电磁波的磁场方向，所以同样也会被入射磁场激发，并伴随着较小的q值。两部分金属谐振结构之间通过明模-明模耦合产生类电磁诱导透明现象。
10.一种采用基于磁场激发的类电磁诱导透明装置产生类电磁诱导透明的方法，步骤为：
11.步骤1、入射电磁波使介质板上的两部分谐振结构即双u形环谐振器、双圆环谐振器被激励，且两部分金属谐振结构与入射场的耦合强度不同，具有不同的q值，两者之间会发生耦合；并构成明模-明模耦合，诱导出一个类电磁诱导透明传输峰；
12.步骤2、步骤1中受到激励的两部分金属谐振结构近场耦合，构成明模-明模耦合，诱导出一个具有大群时延的类电磁诱导透明传输峰，且群指数达到了1500。
13.进一步的，所述受到激励的金属谐振结构是双u形环谐振器和双圆环谐振器。
14.本发明所述的有益效果为：本发明采用的结构具有同时磁场激发的明模-明模通道耦合方式，具有较大的耦合距离，通过与电磁场不同耦合强度的两种谐振结构，能够产生强的慢光效果并伴随着大的群时延和高灵敏度，在传感器领域也有着潜在的应用价值。另外，采用双层对立结构获得类电磁诱导透明，丰富了获得类电磁诱导透明的方式。
附图说明
15.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
16.图1和图2分别是本发明的两部分结构示意图；
17.图3中a小图和b小图是使用本发明所述装置产生类电磁诱导透明的三维示意图和透射光谱；
18.图4中a小图是使用本发明所述装置产生类电磁诱导透明传输窗口的相位，b小图表示的是相应的群指数。
19.图5是本发明所述的双u形环(durs)、双圆环(dcrs)在入射电磁波的电场方向沿着x轴时的传输光谱；以及双u形环和双圆环组合结构的传输光谱。
20.其中，1-第一覆铜介质板，2-双u性环谐振器，3-双圆环谐振器，4-第二覆铜介质板。
具体实施方式
21.如图1和图2所示，本发明所述的一种基于磁场激发的明-明模耦合类电磁诱导透明装置的单元结构，该装置包括第一覆铜介质板1、双u形环谐振器2、双圆环谐振器3和第二覆铜介质板4，其中，双u形环谐振器2和双圆环谐振器3是相互无接触的金属谐振结构，分别固定在第一覆铜介质板1和第二覆铜介质板4的表面上；第一覆铜介质板1的表面，即上述双u形环金属谐振器1所在的平面是垂直于入射电磁波的磁场方向的。双u形环谐振器2使用两个u形环开口对立放置，当入射电磁波的电场方向沿着x轴时，由于对称结构的原因，双u形环金属谐振器2并不会被入射电磁波的电场激发，另外，由于入射电磁波磁场垂直于第一覆铜介质板1，则双u形环金属谐振器2会被入射磁场强烈激发。
22.当入射电磁波的电场方向沿着x轴时，由于双圆环金属谐振器3相对于入射电磁波电场方向为对称结构，入射磁场垂直于第二覆铜介质板4表面入射，能激励起双圆环金属谐振器3谐振，双圆环金属谐振器3被选作为明模；同时，双u形环金属谐振器2也会被入射电磁波激发，同样也作为明模。通过巧妙的设计，使得双u形环金属谐振器2和双圆环金属谐振器3分别放在第一覆铜介质板1和第二覆铜介质板4上面对面放置，同时，激励起的双u形环金属谐振器2的能量通过近场耦合到双圆环金属谐振器3上，同样的双圆环金属谐振器3的能量也会耦合到双u形环金属谐振器2上，构成了明模-明模通道，两者之间的相互耦合诱导出一个具有大群时延和大折射率的类电磁诱导透明传输峰。
23.如图3(a)和图3(b)所示，是采用本发明所述装置所产生的基于同时磁场激发的明-明模耦合类电磁诱导透明的三维示意图和传输光谱。从图3(b)中可以看出，当入射电磁波的电场沿着x轴入射时，在5-8ghz的传输光谱内出现明显的类电磁诱导透明传输窗口。从图4(a)和图4(b)中可以看出，在传输窗口内相位发生了陡峭的变化并且伴随着大的群指数，群指数达到了1500，，因此该装置可用于慢光器件以及传感器领域。图5是在入射电场方向沿着x轴方向，入射磁场方向沿着z轴方向时，双u形环金属谐振器2、双圆环金属谐振器3以及双u形环金属谐振器2和双圆环金属谐振器3的组合结构的传输光谱。从图5中可以看出，入射电磁波的电场沿着x轴，入射磁场沿着z轴，能激励起双u形环金属谐振器2和双圆环金属谐振器3谐振。因此，双u形环金属谐振器2和双圆环金属谐振器3被选为明模。结合eit曲线还可以看出，图5中的黑色实线可以看出，一个较窄的透明窗口出现在较宽的频率范围内，因为双u形环金属谐振器2和双圆环金属谐振器3的谐振频率相对接近并且q因子具有数量级的差异，因此具有获得类电磁诱导透明的必要条件。
24.本发明所述的一种基于磁场激发的明-明模耦合类电磁诱导透明装置，双层结构的两块介质板之间的距离即耦合距离相比单层结构可调节性更大；由于所设计的结构具有较大的群指数达到1500左右，群指数和群时延成正比关系，所以可以得到所设计结构具有较大的群时延，产生较强的慢光效果。
25.以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。