[發明專利]基于等離子體超材料的電磁調制器及多功能調制方法

有效

• 申請號: 202010145711.3
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN113359326B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 章海鋒;劉國標
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01;G02F1/00;G02B1/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 朱遠楓

本發明公開了基于等離子體超材料的電磁調制器及多功能調制方法，基板上表面設置關于基板中心90度旋轉對稱的四個上表面開口諧振環，并且四個上表面開口諧振環之間還設置十字形的金屬橫切線，在基板的下表面與四個上表面開口諧振環相對應的位置設置關于中心90度旋轉對稱的四個下表面開口諧振環。通過控制不同區域的固態等離子體諧振枝節的激勵狀態，本發明的功能可在電磁誘導透明和隔離器之間自由切換，其中電磁誘導透明的兩個透射窗口均表現出良好的慢波特性，同時結合隔離器，我們能夠實現多個頻點在透射峰和透射谷間轉換，從而能實現電磁波傳輸的“開/關”調制作用。

技術領域

本發明涉及固態等離子體和電磁調制器的實用技術和器件技術領域，特別是基于等離子體超材料的電磁調制器及多功能調制方法。

背景技術

電磁超材料，又稱超材料，是根據人們應用需求，具有人工設計的結構并呈現出天然材料難以具備的超常物理性質的復合材料。由于電磁超材料具有與普通材料不同的電磁特性，因此在固體物理，材料學，光學以及電磁學等研究領域得到了相當大的關注與應用，是當下熱門研究問題之一。超材料近年來由于其獨特的電磁特性使得它衍生出了許多潛在應用，如完美隱形、負折射、成像、吸波器、天線的小型化等等，而基于電磁超材料模擬電磁誘導透明在近幾年亦成為了研究熱點。

電磁誘導透明是三原子系統中一個重要的干涉現象，它的特征是使得原來寬的吸收譜中出現一個陡峭的傳輸峰，也叫透射峰。同時，在窄帶傳輸窗口中，傳輸的相位發生突變，因而產生光速減慢效果以及非線性作用。這些性質使得電磁誘導透明在慢光器件制造、光信號儲存、傳感器、量子開關和非線性器件中存在廣泛應用。人們發現，利用超材料可以成功模擬電磁誘導透明現象，給深入研究電磁誘導透明提供了一種新的思路。電磁隔離器，即利用電磁諧振對特定頻率的電磁波起到隔離作用，使其不能通過設備，從而起到限制電磁波傳播的作用。如果在一些頻點處合理地產生電磁諧振隔離，可以實現對電磁波傳輸的“開/關”調制效果。

現如今，調控手段所能達到的調控性能效果經常受限于外界環境和可調控器件對物理場的響應程度, 難以適應當今技術發展的要求。

固態等離子體能夠很好地解決這一問題，固態等離子體是采用通過外加激勵例如電或光的形式在半導體本征層形成的，當外加激勵并且固態等離子體內載流子濃度達到一定值時，其表現出與金屬性質。當未激發時，其表現類似半導體的介質特性，因此能在可調諧/可重構、多功能、多物理場的電磁器件大有用處，其實現功能更加多樣，能對更加復雜多樣的電磁環境做出更充分地響應。

目前很少有同時實現電磁誘導透明-隔離器功能切換的基于等離子體超材料的電磁調節器并且開關特性有待提高。另外雖然基于超材料的電磁誘導透明器件引起了廣泛關注，但是通常，基于超材料的電磁誘導透明器的透明窗都在固有的單一頻率范圍，若調節透明窗的頻率范圍，必須改變結構的幾何參數，而對于加工好的結構較難實現。

發明內容

本發明一方面旨在解決現有技術中基于超材料的電磁誘導透明器的透明窗都在單一頻率范圍的技術問題，提供一種基于等離子體超材料的電磁調制器，為實現上述技術目的，本發明采用以下技術方案：

提供一種基于等離子體超材料的電磁調制器，包括：基板，所述基板上表面設置關于基板中心90度旋轉對稱的四個上表面開口諧振環，并且四個上表面開口諧振環之間還設置十字形的金屬橫切線，在所述基板的下表面與四個上表面開口諧振環相對應的位置設置關于中心90度旋轉對稱的四個下表面開口諧振環；

所述上表面開口諧振環和下表面開口諧振環均由固態等離子體延伸枝節和金屬枝節構成且開口方向相差90度，所述下表面開口諧振環的固態等離子體枝節只存在于與開口相對的連接處，上表面開口諧振環的固態等離子體枝節存在于開口處以及與開口相對的連接處。

進一步地，所述十字形的金屬橫切線由兩個長為154 μm，寬為5.5 μm，厚度為0.2μm的長方體組成。

再進一步地，所述十字形的金屬橫切線材料為銅。