[发明专利]一种频率可调控的慢光器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种频率可调控的慢光器件，该器件包括钛酸锶基片和生长在钛酸锶基片上具有电磁诱导透明现象的亚波长金属结构阵列，所述金属结构单元包括条形谐振器和双开口环形谐振器。本发明还公开了上述频率可调控的慢光器件制备方法以及对所述频率可调控的慢光器件进行温度调控的方法。本发明能够实现电磁诱导透明特性并产生慢光效应，通过改变温度可以调控慢光器件的透射传输谱和慢光窗口频率，在调控过程中，慢光窗口透射系数和群时延不会发生显著变化。

技术领域

本发明涉及太赫兹超材料器件领域，具体指一种频率可调控的慢光器件及其制备方法。

背景技术

慢光效应是光在介质中传播时群速度变慢的物理现象，一般存在于高色散器件和媒质中。慢光效应在量子光学、非线性光学、光信息存储、光学开关等科学和应用领域都有独特的价值。实现慢光有很多方法，比如采用玻色-爱因斯坦凝聚、电磁诱导透明以及光子晶体等。利用超材料模拟电磁诱导透明现象从而产生慢光效应是一种新兴的慢光方法。超材料模拟电磁诱导透明最早由美国加州大学伯克利分校张霜等人在2008年提出，他们在超材料结构单元中利用明态和暗态谐振单元之间的耦合，实现原子系统中的电磁诱导透明现象的模拟。电磁诱导透明超材料由于具有强色散的频谱特征，在慢光器件的设计中具有广泛的应用。

现有的慢光器件多是不可调谐的器件，这限制了慢光的使用范围。通过将半导体、相变材料或超导材料集成到超材料单元中，然后给予外部刺激(如热激励、光激励、电场激励、磁场激励)来实现调谐。已有的可调谐慢光器件往往只能进行群时延大小的调控，慢光窗口频率可调的慢光器件非常少。因此，设计频率可调谐的慢光器件将促进慢光的进一步发展和应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种频率可调控的慢光器件，实现对慢光效应的主动调控，保证调控过程中谐振强度基本不变或变化不大。

技术方案

为实现上述发明目的，本发明提供的第一种技术方案为一种频率可调控的慢光器件。所述频率可调控的慢光器件由钛酸锶基片和生长在所述钛酸锶基片上的具有电磁诱导透明现象的金属结构阵列组成。所述金属结构阵列包含多个周期性分布的金属结构单元，所述金属结构单元由条形谐振器和双开口环形谐振器组成。所述条形谐振器的中心和所述双开口环形谐振器的中心处于同一水平线上。

进一步的，所述钛酸锶基片的晶向为100，厚度为0.5mm。

进一步的，所述条形谐振器在太赫兹电场竖直偏振激发下的谐振频率和所述双开口环形谐振器在太赫兹电场水平偏振激发下的谐振频率一致。从而使得条形谐振器和双开口环形谐振器复合而成的器件在太赫兹电场竖直偏振激发时，透射传输谱产生电磁诱导透明窗口并产生慢光效应。

本发明提供的第二种技术方案为一种对所述频率可调控的慢光器件进行制备的方法，包括以下步骤：

(1)清洗钛酸锶基片；

(2)在所述钛酸锶基片上涂覆光刻胶LOR-10B并烘干；

(3)在所述光刻胶LOR-10B上涂覆光刻胶AZ1500并烘干；

(4)对所述光刻胶LOR-10B和光刻胶AZ1500进行紫外曝光并显影；

(5)在所述光刻胶AZ1500和露出的钛酸锶基片上蒸镀一层金属薄膜；

(6)将蒸镀完金属薄膜的钛酸锶基片进行剥离，完成器件的制备。

本发明提供的第三种技术方案为一种对所述频率可调控的慢光器件进行温度调控的方法，包括以下步骤：

(1)将频率可调控的所述慢光器件和作为参考的钛酸锶基片固定在杜瓦的样品架上，将杜瓦放入太赫兹时域光谱系统中，使所述慢光器件的中心处于光路中光轴附近；

(2)将杜瓦抽到真空状态，然后降低温度到180K；