一种超材料谐振装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超材料技术领域，尤其涉及一种超材料谐振装置。
【背景技术】
[0002] 超材料是一种人工设计制作的亚波长周期性金属谐振结构材料。由于人工设计制 作的超材料能够非常容易操控电磁波的响应，并获得自然介质不能获得的电磁波特性（如 负折射、超透镜、隐身衣等）而受到人们的广泛重视。尤其是广泛报道研究的平面超材料在 各种电磁波段（包括光波、太赫兹波及微波）器件、传感及光谱成像等领域具有非常重要的 应用。
[0003] 但对于平面超材料谐振器来说，由于其谐振是属于表面局域谐振模式（surface localizedresonantmode),因此，要限制谐振能量的泄漏，提高谐振Q(qualityfactor, 品质因子，谐振峰中也频率除W谐振峰宽度，谐振宽度WFWHM(化11Wi化hat化If Maxium)计算）值是一件十分困难的事情，从而使得如何提高谐振品质因子，成为本领域技 术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超材料谐振装置，W提高超材料 谐振装置的谐振品质因子。
[0005] 为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
[0006] 一种超材料谐振装置，包括：
[0007] 平板波导，所述平板波导包括第一介质层、第二介质层W及位于所述第一介质层 和第二介质层之间的第H介质层，其中，所述第一介质层和第二介质层的折射率均小于所 述第H介质层的折射率；
[0008] 位于所述平板波导表面的多个沿第一方向延伸的类光栅结构，所述类光栅结构由 位于所述平板波导表面的超材料谐振单元构成；
[0009] 其中，所述谐振单元至少包括一个金属谐振结构，且所述金属谐振结构的厚度大 于集肤深度。
[0010] 优选的，所述超材料谐振装置谐振波长满足：
[0011] 光栅一级衍射条件；P(sin日i±sini) =A/叫；
[0012] 平板波导相位匹配条件；2'^.'?6/cos0-2A -2^ =2W;r ;
[0013] 其中，P为所述谐振单元的周期长度，即所述谐振单元沿第二方向的长度，所述第 二方向垂直于所述第一方向；i和01分别为入射电磁波的入射角和被类光栅衍射后的衍 射角；A为入射电磁波在真空中的波长，ni，n，n2分别为平板波导中第一介质层、第H介质 层和第二介质层的折射率；d为第H介质层的厚度；0为平板波导的导模角；为第H介 质层与第一介质层界面上全反射相移；cK为第H介质层和第二介质层界面上全反射相移； N为导模阶数，为不小于零的整数。
[0014] 优选的，所述谐振单元包括多个金属谐振结构，所述多个金属谐振结构至少包括 第一金属谐振结构和第二金属谐振结构，且同一谐振单元中相邻金属谐振结构之间的距离 h为p/m;其中，m为所述谐振单元沿第二方向包括的金属谐振结构的数量，所述相邻金属谐 振结构之间的距离为相邻金属谐振结构中也之间沿第二方向投影的距离。
[0015] 优选的，所述谐振单元包括多个金属谐振结构，所述多个金属谐振结构至少包括 第一金属谐振结构和第二金属谐振结构，且同一谐振单元中相邻金属谐振结构的之间的距 离h为p/m±Ah;其中，m为所述谐振单元沿第二方向包括的金属谐振结构的数量，所述相 邻金属谐振结构之间的距离为相邻金属谐振结构中也之间沿第二方向投影的距离。
[0016] 优选的，Ah的取值范围为【-0. 20h-0. 20h】。
[0017] 优选的，所述谐振单元包括多个金属谐振结构，所述多个金属谐振结构至少包括 第一金属谐振结构和第二金属谐振结构，且所述第一金属谐振结构至少具有一个第一开 口，所述第二金属谐振结构至少具有一个第二开口。
[0018] 优选的，所述第一金属谐振结构上第一开口所在的边与第二方向之间的第一夹角 的取值范围为（0°，90° );所述第二金属谐振结构上第二开口所在的边与第二方向之间 的夹角的取值范围为（0°，90° )。
[0019] 优选的，所述第一夹角的取值范围为（0°，20° );所述第二夹角的取值范围为(0。，20。）。
[0020] 优选的，所述第一金属谐振结构和第二金属谐振结构的形状相同或不同。
[0021] 优选的，所述第一金属谐振结构和第二金属谐振结构的尺寸相同或不同。
[0022] 优选的，所述第一介质层为空气层或半导体材料层或介质材料层或聚合物材料 层；所述第二介质层为空气层或半导体材料层或介质材料层或聚合物材料层；所述第H介 质层为半导体材料层、介质材料层或聚合物材料层。
[0023] 与现有技术相比，上述技术方案具有W下优点：
[0024] 本发明实施例所提供的超材料谐振装置，包括：平板波导和位于所述平板波导表 面的多个沿第一方向延伸的类光栅结构，所述类光栅结构由位于所述平板波导表面的超材 料谐振单元构成；其中，所述谐振单元至少包括一个金属谐振结构，且所述金属谐振结构的 厚度大于集肤深度。由此可见，本发明实施例所提供的超材料谐振装置包括平板波导和位 于所述平板波导表面的类光栅结构，所述类光栅结构由位于所述平板波导表面的超材料谐 振单元构成，而所述超材料谐振单元为二维元件，本身具有谐振特性，与平板波导结合后， 可获得较高的谐振品质因子。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据 该些附图获得其他的附图。
[0026] 图1为本发明一个实施例所提供的超材料谐振装置的结构示意图；
[0027] 图2为本发明一个具体实施例所提供超材料谐振装置中，谐振单元的俯视图；
[0028]图3为图2中所示超材料谐振装置中，所述第H介质层的厚度为50微米时，所述 超材料谐振装置用有限元法计算得到的在0.2T化-1. (yfflz范围内的透射率谱曲线示意图；
[0029]图4为本发明另一个具体实施例所提供超材料谐振装置中，谐振单元的俯视图；
[0030] 图5为图4中所示超材料谐振装置用有限元法计算得到的在0. 2THZ-1. 0T化范围 内的透射率谱曲线示意图；
[0031] 图6为本发明又一个具体实施例所提供超材料谐振装置中，谐振单元的俯视图；
[0032] 图7图6中所示超材料谐振装置用有限元法计算得到的在0. 2TOz-l. Oraz范围内 的透射率谱曲线示意图；
[0033]图8为本发明再一个具体实施例所提供超材料谐振装置中，谐振单元的俯视图；
[0034] 图9为假设平板波导材料无损时，图8中所示超材料谐振装置中，所述谐振单元沿 第二方向的周期长度Px为320微米，沿第一方向的周期长度Py为160微米，第一金属谐 振结构与第二金属谐振结构之间的距离h为158微米（微失衡态）和160微米（平衡态） 时，用有限元法计算得到的透射率谱曲线示意图，其中，曲线1为所述谐振单元中第一金属 谐振结构和第二金属谐振结构之间的距离为158微米时，用有限元法计算得到的透射率谱 曲线示意图，曲线2为所述谐振单元中第一金属谐振结构和第二金属谐振结构之间的距离 为160微米时，用有限元法计算得到的透射率谱曲线示意图；
[0035] 图10为图9中所示谐振装置在A h为2微米时其中一个最低阶谐振峰频率与谐 振品质因子Q值、平板波导厚度之间的关系曲线图；
[0036] 图11为图9中所示谐振装置在A h为2微米时，金属谐振结构边长为68微米时 的Fano谐振曲线；
[0037] 图12为图9中所示谐振装置在A h为2微米时，金属谐振结构边长为70. 6微米 时的EIT曲线；
[0038] 图13为不同周期下计算得到的透射谐振峰曲线示意图；
[0039] 图14为假设平板波导材料无损时，第一夹角和第二夹角均为0°和均为4°时的 透射率谱曲线示意图，其中，曲线3为第一夹角和第二夹角均为0°时的透射率谱曲线，曲 线4为第一夹角和第二夹角均为4°时的透射率谱曲线。
【具体实施方式】
[0040] 正如【背景技术】部分所述，如何提高谐振品质因子，成为本领域技术人员亟待解决 的技术问题。
[0041] 有鉴于此，本发明实施例提供了一种超材料谐振装置，包括：
[0042] 平板波导，所述平板波导包括第一介质层、第二介质层W及位于所述第一介质层 和第二介质层之间的第H介质层，其中，所述第一介质层和第二介质层的折射率均小于所 述第H介质层的折射率；
[0043] 位于所述平板波导表面的多个沿第一方向延伸的类光栅结构，所述类光栅结构由 位于所述平板波导表面的超材料谐振单元构成；
[0044] 其中，所述谐振单元至少包括一个金属谐振结构，且所述金属谐振结构的厚度大 于集肤深度。
[0045] 本发明实施例所提供的超材料谐振装置包括平板波导和位于所述平板波导表面 的类光栅结构，所述类光栅结构由位于所述平板波导表面的超材料谐振单元构成，而所述 超材料谐振单元为二维元件，本身具有谐振特性，与平板波导结合后，可获得较高的谐振品 质因子。
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