一种四金属条周期性结构的制作方法

本实用新型涉及一种类EIT超材料结构，具体涉及一种四金属条周期性结构。

背景技术：

目前EIT电磁感应透明窗备受关注，由于其极强的透明度，被广泛研究；其通常与一个三能级原子系统的透明现象有关；电磁感应透明窗是由两个磁束缚谐振的相消干涉产生的，使吸收介质对探测场来说是透明的，值得注意的是，EIT可以导致大的群延迟和可用于光和微波存储；在模拟EIT环境的研究中，超材料已经被用于产生类EIT；而目前用于类EIT上的超材料结构，其品质因数不够高，应用范围较窄。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种品质因数高，可应用于产生群延迟、非线性和传感应用的四金属条周期性结构。

本实用新型采用的技术方案是：一种四金属条周期性结构，包括基底和设置在基底上的矩形结构金属条；每四个金属条为一个结构单元，基底上设置有至少一个结构单元；四个金属条均平行设置；四个金属条分为上下两行；上部第一行包括第一金属条和与第二金属条中心点处于同一水平位置；下部第二行包括第三金属条和第四金属条中心点处于同一水平位置；第一金属条和第二金属条中心点之间的距离等于第三金属条和第四金属条中心点之间的距离；第一金属条和第四金属条结构相同，第二金属条和第三金属条结构相同；第一金属条和第三金属条中心点y坐标值不同，第二金属条和第四金属条中心点在y坐标值不同。

进一步的，所述第一金属条和第三金属条结构尺寸不同。

进一步的，所述第一金属条和第三金属条结构尺寸相同。

进一步的，所述第一金属条y坐标值小于第三金属条y坐标值。

进一步的，所述第一金属条y坐标值大于第三金属条y坐标值。

进一步的，所述基底介电常数为3.5，基底损耗为0.009，厚度为50μm。

进一步的，所述第一金属条和第二金属条，第三金属条和第四金属条中心点之间水平距离为60μm；第一金属条和第三金属条，第二金属条和第四金属条之间中点垂直方向上的距离为180μm；第一金属条和第三金属条，第二金属条和第四金属条之间中心点在水平方向上的距离为60μm；第一金属条和第四金属条宽度为20μm，长度为160μm，厚度为4μm；第二金属条和第三金属条宽度为20μm，长度为150μm，厚度为4μm。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型结构简单、折射率灵敏度好，品质因数高；

（2）本实用新型用于类EIT透明窗，不会随折射率改变而畸变，因此跟适用于薄膜传感；

（3）本实用新型的品质因数可以通过改变金属条之间的距离和金属条的大小等结构参数来调整，品质因数最高可达65.51，适用范围更广。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型中金属条上下为对称结构以及非对称结构的透明率仿真结果。

图3为本实用新型中结构A、B和A+B的透射率仿真结果。

图4a为本实用新型S变化对透射率的影响图。

图4b为本实用新型S变化对幅值和品质因数的影响图。

图5a为本实用新型L1变化对透射率的影响图。

图5b为本实用新型L1变化对幅值和品质因数的影响图。

图6a为本实用新型L2变化对透射率的影响图。

图6b为本实用新型L2变化对幅值和品质因数的影响图。

图7a为本实用新型中折射率对结构1透明窗中心频率的影响图。

图7b为本实用新型中折射率对结构2透明窗中心频率的影响图。

图7c为本实用新型中折射率对结构3透明窗中心频率的影响图。

图7d为本实用新型中结构1、2和3的折射率灵敏度图。

图中：1-基底，2-1-第一金属条，2-2-第二金属条，2-3-第三金属条，2-4-第四金属条。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

一种四金属条周期性结构，包括基底1和设置在基底上的矩形结构金属条；每四个金属条为一个结构单元，基底1上设置有至少一个结构单元；四个金属条均平行设置；四个金属条分为上下两行；上部第一行包括第一金属条2-1和与第二金属条2-2中心点处于同一水平位置；下部第二行包括第三金属条2-3和第四金属条2-4中心点处于同一水平位置；第一金属条2-1和第二金属条2-2中心点之间的距离等于第三金属条2-3和第四金属条2-4中心点之间的距离；第一金属条2-1和第四金属条2-4结构相同，第二金属条2-2和第三金属条结构相同2-3；第一金属条2-1和第三金属条2-3中心点y坐标值不同，第二金属条2-2和第四金属条2-4中心点在y坐标值不同。

进一步的，所述第一金属条2-1和第三金属条2-3结构尺寸不同。

进一步的，所述第一金属条2-1和第三金属条2-3结构尺寸相同。

进一步的，所述第一金属条2-1y坐标值小于第三金属条2-3y坐标值。

进一步的，所述第一金属条2-1y坐标值大于第三金属条2-3y坐标值。

进一步的，所述基底1介电常数为3.5，基底损耗为0.009，厚度为50μm。

进一步的，所述第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4中心点之间水平距离为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离为180μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离为60μm；第一金属条2-1和第四金属条2-4宽度为20μm，长度为160μm，厚度为4μm；第二金属条2-2和第三金属条2-3宽度为20μm，长度为150μm，厚度为4μm。

使用时，金属条采用铜，基底1材料选择高聚合物材料，其介电常数为3.5，损耗为0.009，厚度为50μm；四个金属条宽度为20μm，厚度为4μm，长度为160μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm。

图2以上述结构为例进行仿真处理的结果；当四个金属条宽度为20μm，厚度为4μm，长度为160μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；上下采用对称结构即：第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为0；非对称结构即：第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm；从仿真结果可以看出，结构处于对称状态时，没有透明窗被激发，仅在0.5312THz有一个吸收点；而当处于非对称结构时，出现了透明窗，从图中可以看出，其频率点分别为：0.5176THz，0.5388THz和0.5692THz。

通过对0.5388THz频率点处结构的表面电流分布以及磁场分布进行仿真和分析；可以看出第一金属条2-1和第四金属条2-4表面电流分布基本相同；第二金属条2-2和第三金属条2-3表面电流分布基本相同；因此在四个金属条之间可以观察到两个磁束缚谐振被激发；并且其产生的束缚磁场方向相反，因此，产生的磁场相消干涉而产生类EIT透明窗；通过表面电流分布可以发现，第一金属条2-1和第四金属条2-4可以被视作一个强辐射结构为A结构，第二金属条2-2和第三金属条2-3可以被视为一个弱辐射结构，为B结构；图3为结构A、B的透射率仿真结果，其最终产生的类EIT透明窗为两个结构耦合产生的结果。

图4a为第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离变化对透射率的影响；图4b为相应距离变化对幅值和品质因数的影响图；当四个金属条宽度为20μm，厚度为4μm，长度为140μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；图中模拟了第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为分别为20μm、30μm、40μm、50μm和60μm时，透射率的变化；S不断减小的过程中，透明窗的中心频率不断减小并且其幅值不断减小；当S=20μm时，透明窗幅值仅为0.27，但透明窗的品质因数Q值却从S=60μm时的19.12增大到44.73。

图5a表示保持第二金属条2-2和第三金属条2-3结构不变其长L2为160μm、宽为20μm，第一金属条2-1和第四金属条2-4宽为20μm，其长度L1值对透射率的影响；图5b为其变化对幅值和品质因数的影响；其中第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm；第一金属条2-1和第四金属条2-4长度L1从140μm、145μm、150μm、155μm、160μm、165μm和170μm变化过程中，A结构谐振频率不断下降；B结构谐振频率越来越靠近，透明窗的中心频率越小，幅值越小；当L1=170μm时，透明窗的Q值为57.33，幅值只有0.1486。

图6a表示保持第一金属条2-1和第四金属条2-4结构不变其长L1为160μm、宽为20μm，第三金属条2-3和第二金属条2-2宽为20μm，其长度L2值对透射率的影响；图5b为其变化对幅值和品质因数的影响；其中第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm；第三金属条2-3和第二金属条2-2长度L2从140μm、145μm、150μm、155μm、160μm、165μm和170μm变化过程中，A结构谐振频率相差越小，透明窗的中心频率越小，幅值越小；当L2=150μm时，透明窗的Q值为65.51，幅值只有0.102。

图7a为结构1折射率为1.0、1.5、2.0、2.5和3时透射率的变化图，其结构为：第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之前水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm；第一金属条2-1和第四金属条2-4长L1为170μm、宽为20μm，第三金属条2-3和第二金属条2-2长L2为160μm、宽为20μm；图7b为结构2折射率为1.0、1.5、2.0、2.5和3时透射率的变化图，其结构为：第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之间水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm；第一金属条2-1和第四金属条2-4长L1为160μm、宽为20μm，第三金属条2-3和第二金属条2-2长L2为150μm、宽为20μm；图7c为结构3折射率为1.0、1.5、2.0、2.5和3时透射率的变化图，其结构为：第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中点垂直方向上的距离d为180μm；第一金属条2-1和第二金属条2-2，第三金属条2-3和第四金属条2-4之间中心点之间水平距离S1为60μm；第一金属条2-1和第三金属条2-3，第二金属条2-2和第四金属条2-4之间中心点在水平方向上的距离S为60μm；第一金属条2-1和第四金属条2-4长L1为160μm、宽为20μm，第三金属条2-3和第二金属条2-2长为160μm、宽为20μm；从图7a-7c可以看出三个不同结构的透明窗中心频率都因为折射率的增大出现了明显的平移；图7d为三个结构的透明窗中心频率对折射率的灵敏度效果图；结构1、2和3对折射率的林敏度分别为45.92GHz/RIU、48 GHz/RIU和42GHz/RIU，三个结构的折射灵敏度（单位折射率变化引起的谐振峰波长变化量/3dB）FOM值分别为5、5.28和1.97。

本实用新型结构简单，通过两个磁束缚谐振的相消干涉产生透明窗，折射率灵敏度高FOM值高，品质因数Q值高；并且类EIT透明窗不会随折射率改变而畸变，更适用于薄膜传感；并且相比于同类型结构，品质因数更高、延时长，可用于慢光；高品质因数可以广泛应用于群延迟，非线性和传感应用。