[发明专利]基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件

说明书

本发明公开了一种基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件，属于电磁波探测和传感器件领域。电磁诱导透明器件包括若干同一个方向周期排列的基本单元；每个基本单元包括上层的石墨烯层和下层的介质层，且介质层固定在衬底器件上；通过对石墨烯进行刻画，形成一个个邻边开口的石墨烯方环；当石墨烯层一次性刻画完毕后，将衬底器件的中间挖空，最后镀一层导电胶。本发明对x方向和y方向偏振的线偏振光都具有相同的电磁诱导透明现象，在入射波的极化方式改变时，无需更换器件，并且本发明在不改变器件结构的情况下，通过调节外加电压，能够实现可调的电磁诱导透明现象，从而对可调太赫兹功能器件的发展具有重要指导意义和参考价值。

技术领域

本发明属于电磁波探测和传感器件领域，具体是基于超材料的太赫兹可调极化波不敏感电磁诱导透明器件。

背景技术

电磁诱导透明Electromagnetically-induced Transparency(EIT)是原子物理学中一个很重要的现象，其本质是在共振条件下，当光的频率与相应的原子跃迁频率相匹配时，光原子激发通道之间的量子相消相干，使介质在一个宽的吸收带中产生了一个很窄的透过峰。电磁诱导透明器件能够改变色散性质和减慢光速，在非线性器件、慢光器件、滤波器、传感器和光存储等方面都有重要应用。

太赫兹(THz)波通常是指频率在0.3～3THz(波长在0.1～1mm)的电磁波，在生物医学成像、安全检查、产品检测、空间通信和武器制导等领域都具有重要的研究价值和应用前景。但由于常规材料很难在太赫兹波段发生电磁响应，特别是磁响应，所以太赫兹波段范围内的电磁器件的研究较少。

近年来，在太赫兹波段，基于超材料的电磁诱导透明器件引起了人们的广泛关注。超材料是指电磁参数(介电常数和磁导率)可人为控制的一类人工复合周期结构。2000年，美国加利福利亚大学的D.R.Smith等人将金属线周期结构和开口谐振环周期结构有效地结合起来，第一次从实验上证明了超材料的存在。2014年，韩昊等人提出并验证了太赫兹频段的超材料电磁诱导透明器件(Optics Letters，4:240-245，2014)，该现象是由开口环谐振环和双金属线谐振干涉引起的。

通常，基于超材料的电磁诱导透明器件的透明窗都在固定频率，若调节透明窗的频率范围或幅度，必须改变结构的几何参数，而这对于加工好的结构是很难实现的。因此如何通过调节外部参数实现可调的电磁诱导透明现象，具有非常重要的应用前景和实用价值。

石墨烯因其介电常数随电压、温度等外界参数可调，从而在太赫兹可调吸波器、滤波器和调制器等方面都得到了广泛关注。利用Matlab编程可以计算出石墨烯的介电常数，由于石墨烯的介电常数受费米能级影响，而费米能级是可以通过石墨烯的外加电压控制。因此通过改变外加电压可以调节石墨烯的介电常数。

对基于石墨烯的太赫兹超材料电磁诱导透明器件，M.Amin等(ScientificReports，3(7):1019-1026，2013)首次在超材料中引入石墨烯，形成石墨烯和金属方环组合的电磁诱导透明器件，模拟发现通过改变石墨烯上的外加电压，可实现EIT的动态可调。G.Ding等(Chinese Physics B.24(11)：118103-1-5，2015)设计了纯石墨烯谐振线状的超材料EIT结构，模拟发现通过调控电压可实现透明窗在太赫兹宽频带的动态可调。L.Wang等(Optics Letters，40(10)：2325-2328，2015)提出了三层石墨烯波导结构，模拟研究了太赫兹频段EIT的可调特性。

通过调研，发现目前研究的太赫兹超材料EIT器件，大部分属于非可调结构。而对于可调结构，一般结构较复杂，需要介质，石墨烯和金属三层结构或三层以上。而基于石墨烯和介质的两层结构，电磁诱导透明现象往往只在一种极化方式下出现。

发明内容