[發明專利]一種實現雙偏振通道可調諧電磁感應透明的超材料及其實現方法

在審

• 申請號: 202210260799.2
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114628911A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 高凡;高少軍;鄢波;袁培程;鄧娟;孫知鈺;蔡萍根;陳乃波;呂斌;李蕓
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 鞏延亮

本發明公開了一種實現雙偏振通道可調諧電磁感應透明的超材料。通過設計了一種復合超材料以實現近紅外波段雙偏振通道可調諧電磁感應現象。所設計的超材料包括底部的基底層以及附著在基底上表面的周期間隔排列的介質方塊和二氧化釩方塊。本發明通過選擇基底以及介質方塊的材料以及設計各個元件間的尺寸參數，可以在近紅外波段實現雙偏振通道可調諧電磁感應透明現象。當x偏振光和y偏振光分別入射該超材料時，都能在近紅外波段實現高品質的電磁感應現象。此外，通過調整二氧化釩的電導率將實現對電磁感應透明窗口的靈活調控。該結構在光開關、慢光器件以及高靈敏度折射率傳感器上具有重要應用潛力，并能夠提高器件的集成度，實現器件的微型化。

技術領域

本發明屬于超材料領域，涉及一種實現雙偏振通道的可調諧電磁感應透明的超材料及其實現方法，可以在近紅外波段同時對x偏振光和y偏振光進行靈活的調控。

背景技術

電磁感應透明(EIT)是一種量子破壞性干涉，能夠在寬吸收光譜內產生窄而尖銳的透明窗口。由于這種現象的產生總是伴隨著強烈的色散特性，它可以用于實現慢光效應和增強非線性效應。在早期的EIT研究中，通常需要穩定的激光源和超低溫等苛刻的實驗條件，阻礙了EIT效應的進一步應用，這些限制反過來又使研究人員能夠專注于經典物理系統。之后，在光子晶體、電路和超材料等多個光學諧振系統中實現了類電磁感應透明效應，可以有效避免量子系統的嚴格實驗條件，并在室溫下實現。但由于金屬材料不可避免的歐姆損耗和非輻射損耗，早期實現的電磁感應透明窗口的品質因子通常不高，后來提出使用高折射率和低損耗介電材料實現基于米氏諧振的近紅外波段的高品質的電磁感應透明效應，在這個頻率下，設計的器件尺寸可以達到納米級。EIT在慢光器件、傳感器、光存儲器等方面有著廣泛的應用。

作為一種特殊的電磁現象，EIT效應自被發現以來就受到廣泛關注。然而，被動超材料的光學特性和功能一旦產生就固定了，因此需要實現動態可調的EIT效應以滿足實際需求。如今，研究人員通常將超材料與石墨烯、相變材料和半導體等一些動態元素相結合，以實現可調諧EIT效應。在所有這些動態元素中，二氧化釩以其可逆的絕緣態到金屬態的轉變而脫穎而出，這種轉變發生在有希望且容易達到的340K(68℃)溫度下。在室溫下，VO₂處于絕緣狀態，而高于相變溫度時它會轉變為金屬狀態。此外，除了直接加熱外，VO₂在電流和光的激發下同樣可以達到相變溫度，大大增加了設計的選擇余地。這一新穎特性將擴展EIT效應的應用。

為了提高元器件的集成度和小型化，科學家們提出了偏振復用超表面以在正交偏振通道中實現EIT效應。由于不同激發通道中電磁耦合的區別，EIT窗口也表現出不同的特性，它可以通過改變入射波的極化來實現快速切換，從而導致元器件的功能轉變。

發明內容

基于上述技術難點，本發明設計了一種結構在x和y方向上異性的超材料實現雙偏振通道的可調諧電磁感應透明效應，通過改變結構的尺寸參數以及二氧化釩的電導率，可以在x和y偏振方向上實現對電磁波的靈活調控。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：一種實現雙偏振通道可調諧電磁感應透明的超材料，所述超材料分為上下兩層，包括底部的基底層以及附著在基底上表面的超表面結構單元，所述超表面結構單元為周期間隔排列的介質方塊和二氧化釩方塊，所述超材料能在x偏振光或y偏振光入射的情形下實現高品質近紅外波段電磁感應透明現象。

優選的，所述基底層的材料為二氧化硅或藍寶石。

優選的，基底層的厚度為120nm-250nm。

優選的，所述介質方塊的材料為硅。

優選的，所述介質方塊的邊長為300nm-500nm，二氧化釩方塊的邊長為150nm-350nm，介質方塊和二氧化釩方塊的厚度為120nm-250nm，間距為150nm-350nm。

優選的，所述超表面結構單元的周期為1400nm-1600nm。