[发明专利]一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件

说明书

一种双带可灵活选择性调控的石墨烯‑金属槽超材料太赫兹慢光器件，涉及电磁与电磁波技术领域。本发明的目的是要解决现有的可调谐太赫兹EIT超材料慢光器件单工作频带，可调谐范围窄、结构和制备工艺复杂、激励方式所需外部设备繁琐、功能单一、可靠性低、活性材料可选范围窄以及线性属性小的问题。硅衬底层上设置有二氧化硅绝缘层，二氧化硅绝缘层上设置有周期性排列的图形化两石墨烯带结构，石墨烯带结构上设置有周期性排列的图形化金属槽结构，两石墨烯结构分别与第一金属电极Pad 1和第二金属电极Pad 2连接。本发明可获得一种双带可灵活选择性调控的石墨烯‑金属槽超材料太赫兹慢光器件。

技术领域

本发明涉及电磁场与电磁波技术领域，具体涉及一种石墨烯-金属槽超材料的太赫兹慢光器件。

背景技术

电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency, EIT) 是一种利用量子相干效应消除电磁波传播过程中介质影响的一种技术。它指的是通过加入一束强的电磁辐射（称做耦合光）的情况下, 使一束频率和原子两个能级间的耦合频率接近的弱光，在通过介质时本应产生的吸收现象消失的技术。最初的EIT现象发现于三能级系统中，其中|1为基态，|2和|3为激发态，当向介质发射一束探测光的时候，原子将从基态|1激发到激发态|3，发生跃迁。由于光被吸收，接收到探测光的强度将大大减弱甚至消失。当加入一束与激发态|2和|3的频率相近的耦合光时，使两个能级间发生强烈的耦合，以至于使激发态|3的能级发生劈裂，形成两个能量相近的能态，称为缀饰态。此时，探测光入射时有相同的几率向这两个缀饰态进行跃迁，在跃迁时两跃迁几率幅会发生量子相消干涉，导致在共振频率处所检测到的探测光的吸收减小，甚至消失。此时，探测光可以通过介质传播，即为电磁诱导透明现象。

然而，原子系统的EIT现象受到稳定激光器和低温工作条件的限制，导致芯片级别的EIT现象难以实现。目前，在经典系统中所发现的类EIT现象受到了极大关注，如耦合谐振器和等离子结构等。由于Fano型线性破坏性引起的类EIT共振干扰，不需要实现量子间相消干涉所施加的实验条件，为EIT现象的实际应用提供了一种实现方式，尤其是基于超材料的等离子类EIT现象引起了关注，利用此现象可以研发出新型器件，如慢光器件和高灵敏传感器等。相比于原子间传统的EIT现象，超材料中的类EIT现象可通过不同的机制来实现，而使其更加容易调控，如：光学偶极子天线、闭合环谐振器和开口环谐振器等。由于EIT现象具有慢光效应，可借助超材料中类EIT现象的慢光效应来实现慢光器件，从而增强EIT现象的实际应用性。然而，当超材料结构单元的几何参数一旦确定，其性能将不可进行调谐和改变，大大地限制了其应用范围。因此，可调谐EIT超材料研究吸引了越来越多的关注，探究高效便捷的调谐方式成为了关注的焦点，使其在传感、吸收与非线性光学等领域有更广阔的应用前景。

目前，多种可调谐EIT超材料已被发现和报道，引起了人们广泛关注和兴趣。例如，2011年，南京大学的Jingbo Wu和Biaobing Jin等人提出两个基于超导体的平面可调谐太赫兹EIT超材料；2016年，天津大学的Quan Xu等人设计出一种基于半导体调谐的太赫兹EIT超材料；2016年，新加坡国立大学的Prakash Pitchappa 提出了一种基于MEMS调谐的电磁诱导透明超材料；2017年，哈尔滨工业大学的Hang Su等人提出了一种基于液晶可调的EIT超表面开关。然而，由于超导体调谐所需要的温度范围较低，半导体调谐需要外加稳定泵浦光，MEMS技术的工艺复杂，可靠性低，液晶材料调谐不够灵活，难以获得完全偏振光；另外，当前可调谐EIT超材料多是单工作频带。这些缺陷给EIT超材料的实际应用带来很大的难度，限制了它的应用范围。

发明内容

本发明的目的是要解决现有的可调谐太赫兹EIT超材料慢光器件单工作频带，可调谐范围窄、结构和制备工艺复杂、激励方式所需外部设备繁琐、功能单一、可靠性低、活性材料可选范围窄以及线性属性小的问题，而提供一种双带可灵活选择性调控的石墨烯-金属槽超材料太赫兹慢光器件。