一种E形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置的制作方法

本发明涉及一种全介质超表面电磁诱导透明(类eit)谐振装置，属于超材料技术领域。

背景技术：

电磁诱导透明是由多原子系统中的能级间干涉而产生。超材料类eit效应是指通过超材料模拟原子系统实现电磁诱导透明的现象。近些年来，超表面类电磁诱导透明由于其可以产生较高的品质因子的谐振而成为纳米光子领域的焦点。高品质因子的谐振可以应用于低损耗的慢光器件和高灵敏度的光学传感器中。高的群折射率可以更有效地减慢光在介质中传播的速度，实现慢光效应，为非线性光学的研究开辟了新的方向，克服探测工作带来的许多困难和对高阶非线性效应的应用的限制与影响，还可以将非线性系统提高几个数量级，从探测和应用角度来讲，都有很好的应用前景。

虽然目前有些全介质谐振器中可以实现电磁诱导透明，然而它的群折射率ng(groupofrefractiveindex)、以及在折射率传感中的灵敏度s(sensitivity)、传感总体性能fom(figureofmerit)均较低。因此，提高品质因子与群折射率(groupindex)、实现高敏度的传感成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置，以克服现有技术的全部或部分缺陷。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置包括基底和位于基底表面的呈二维周期性分布的e形介质谐振单元，所述基底由介质材料制作，基底的介电常数大于0且小于等于5；所述e形介质谐振单元的介电常数大于等于6。

进一步地，本发明所述基底的介电常数大于0且小于等于4。

进一步地，本发明所述e形介质谐振单元的竖部介质条和横部介质条的横截面均为矩形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置结构设计简单，在电磁诱导透明窗口，对应的群折射率ng可达10776，具有高群折射率，更加有效地减慢了光在介质中的传播速度，实现了慢光效应。同时用于折射率传感中，传感的灵敏度s可达326nm/riu，传感总体性能参数fom可达1060，具有很高的灵敏度和传感总体性能fom值。此外，沿着竖部介质条上下调整中间横部介质条的位置可相应地调整谐振品质因子的大小，从而可以获得具有不同谐振品质因子的的谐振装置，简单易行。

附图说明

图1为本发明一种e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置的结构示意图(部分)；

图2为图1的仰视图；

图3为图1所示的e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置根据有限元法计算得到的在1700-1900纳米的透过率谱曲线图；

图4为图1所示的e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置谐振装置用作折射率传感时，对应的传感的灵敏度曲线图。

具体实施方式

以下结合附图进一步详细说明本发明。

图1和图2示出了本发明的一种e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置的结构。如图1和图2所示，e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置包括基底2和位于基底2表面的e形介质谐振单元1，e形介质谐振单元1包括横部和竖部，整体呈字母“e”形。横部介质条和竖部介质条均以矩形条(即竖部介质条和横部介质条的横截面均为矩形)为优选实施方式，即以竖部介质条和横部介质条的横截面均为矩形为优选实施方式。在图1中，上横部矩形条11、中间横部矩形条12、下横部矩形条13统称为“横部矩形条”。e形介质谐振单元1可由上横部矩形条11、中间横部矩形条12、下横部矩形条13与竖部矩形条14一体成型而构成。e形介质谐振单元1呈二维周期性分布。如图1所示，e形介质谐振单元1沿x、y方向的周期均为p。入射电磁波为z方向，入射电磁波的电场偏振方向为y方向。其中，以横部矩形条的长度方向为x方向，以竖部矩形条14的长度方向为y方向，以e形介质谐振单元1的高度方向为z方向。a为上横部矩形条11、中间横部矩形条12和下横部矩形条13的长度，c为竖部矩形条14的长度，b为上横部矩形条11、中间横部矩形条12、下横部矩形条13和竖部矩形条14的宽度，h表示e形介质谐振单元1横部矩形条和竖部矩形条的高，亦即e形介质谐振单元1的高；g1为上横部矩形条11与中间横部矩形条12之间的间隔，g2为中间横部矩形条12与下横部矩形条13之间的间隔。

在本发明中，基底2由介质材料制作，基底2的介电常数大于0且小于等于5；e形介质谐振单元1的介电常数大于等于6。作为本发明的优选实施方式，基底2的介电常数大于0且小于等于4。

以下以具体的实施例来说明本发明的技术效果。将本发明采用本发明e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置工作于近红外波段1800纳米附近，电磁波为正入射，线偏光入射。基底2的材料为石英，介电常数为2.1316；e形介质谐振单元1的材料为硅，介电常数为13.69。

e形介质谐振单元1沿x方向的周期长度和沿y方向的周期长度p均为1050纳米，入射电磁波为z方向，入射电磁波的电场偏振方向为y方向。其中，以横部矩形条的长度方向为x方向，以竖部矩形条的长度方向为y方向，以e形介质谐振单元1的高度方向为z方向。横部矩形条的长度a均为550纳米，竖部矩形条的长度c为850纳米，各矩形条的宽度b均为150纳米，e形介质谐振单元1的高度h为250纳米。

当g1为195纳米、g2为205纳米时，使用有限元计算得到e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置在1700～1900纳米范围内的透射过率谱，其曲线如图3所示。从图3可以看出，e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置在此频率范围内产生类eit现象，其中心波长为1798纳米，其谐振峰幅值可达0.6，谐振品质因子q可根据公式q＝f0/δf进行计算(其中，f0为谐振峰处对应的谐振频率，δf表示电磁诱导透明窗口中谐振峰达到最大幅值的一半时对应的谐振频率的宽度)。经计算，品质因子可以达到4540。

在电磁诱导透明窗口的谐振峰处所对应的群折射率的值可根据公式ng＝λ²/(fwhm*4*t)进行估算(其中，ng表示群折射率，λ表示谐振峰处对应的谐振波长，fwhm表示电磁诱导透明窗口中谐振峰达到最大幅值的一半时对应的谐振波长宽度，t表示谐振器件的有效厚度)。经计算，谐振峰处对应的群折射率可达10776。

当g1为195纳米、g2为205纳米时，用该e形全介质超表面电磁诱导透明谐振装置作为折射率传感器件时，对应的折射率传感的灵敏度以及传感总体性能参数fom的值如图4所示。其中，加入具有一定折射率的传感物质时，谐振波长会产生红移。从图4中可以看出，灵敏度s可根据公式s＝δλ/δn进行计算(δn为折射率的变化值，δλ为改变折射率时对应的谐振波长的变化值)，计算得到的s可达326nm/riu。另外，根据公式传感总体性能参数fom＝s/fwhm，经计算得到fom可达1060。

需要说明的是，通过调整沿着竖部介质条上下调整中间横部介质条的位置，由此调整上横部矩形条11与中间横部矩形条12之间的间隔g1或中间横部矩形条12与下横部矩形条13之间的间隔g2的值，从而可以获得不同大小的谐振品质因子。另外，本发明谐振装置可以用于太赫兹、微波波段等波段。