基于石墨烯振幅可调的宽带类电磁诱导透明超材料设计

基于石墨烯的电控特性提出了一种由金属线谐振器和"H"型谐振器组成的宽带可调的类电磁诱导透明(类EIT)超材料结构.首先,利用CST Microwave Studio软件对该超材料结构的透射特性进行了仿真.该结构在1.05—1.46 THz内的透射窗由金属线谐振器的等离子谐振和"H"型谐振器的电感-电容谐振干涉相消引起,且暗模式谐振器的数量增多导致了透射窗带宽的增加.其次,仿真模拟了该结构在不同石墨烯费米能级下的透射特性.当石墨烯费米能级由0 eV逐渐增加到1.5 eV时,该结构透射窗在1.05—1.46 THz内的平均透射振幅由87%逐渐减少到25%,实现了宽带可调.同时,通过仿真模拟该结构在1.26 THz下的电场分布对其透射机理进行了分析,并实验制备了类EIT超材料结构样品,且利用太赫兹时域光谱对样品进行了透射性能测试,测试结果与仿真分析的趋势基本一致.     

基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的等离子体诱导透明效应

为了减小器件尺寸、实现超快速响应和动态可调谐,研究了基于石墨烯纳米条波导边耦合矩形腔的单波段和双波段的等离子体诱导透明(PIT)效应,通过耦合模式理论和时域有限差分法从数值计算和模拟仿真两方面分析了模型的慢光特性.通过调节石墨烯矩形腔的化学势,同时实现了单波段、双波段PIT模型的谐振波长和透射峰值的可调谐性.当石墨烯的化学势增加时,各个波段PIT窗口的谐振波长逐渐减小,发生蓝移.此外,通过动态调谐石墨烯矩形腔的谐振波长,当石墨烯矩形腔的化学势为0.41—0.44 eV时,单PIT系统的群折射率控制在79.2—28.3之间,可调谐带宽为477 nm;当石墨烯矩形腔1, 2, 3的化学势分别为0.39—0.42 eV, 0.40—0.43 eV, 0.41—0.44 eV时,双PIT系统的群折射率控制在143.2—108.6之间.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm~2.研究结果对于超快速、超紧凑型和动态可调谐的光传感、光滤波、慢光和光存储器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

基于四盘形谐振腔耦合波导的三波段等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应和动态可调谐,设计了基于四盘形谐振腔耦合等离子体波导系统.使用两种不同的方法理论分析了等离子体诱导透明(PIT)效应:一种是明暗模式谐振腔之间的直接相消干涉,另一种是谐振腔之间通过等离子体波导的间接耦合.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导的传输相移,实现了1 ps量级的超快响应时间.当泵浦光强低至11.7 MW/cm²时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱2π相移.通过耦合模式理论和时域有限差分法,研究了模型的三波段PIT效应及其慢光特性.研究表明,系统透射谱的透射峰值超过80%,最大群折射率高达368.并且,整个系统的尺寸小于0.5μm².研究结果为低功耗、超快速、超紧凑型和动态可调谐的多通道光滤波和光存储器件的设计和制作提供了思路.     

基于纳米金属-石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明

提出了基于银纳米棒、银纳米盘和石墨烯耦合的多频段等离激元诱导透明(PIT)电磁模型,通过时域有限差分和辐射双振荡器(RTO)模型从数值计算和理论研究两方面分析了模型的电磁特性.结果表明:由于银纳米棒与银纳米盘、银纳米棒与银纳米棒之间的明模-明模耦合,可以实现在单频段PIT效应的基础之上,进一步产生双频段和三频段的PIT效应.其次,通过改变石墨烯的化学电位势,可以在单频段、双频段和三频段PIT模型中同时实现谐振频率和透射振幅的可调性.当化学势增大时,各频段PIT窗口的谐振频率将会逐渐增大,发生蓝移.此外,随着化学势增加,银盘和银棒表面电荷数会不断增加、表面电场将不断增强.同时,银盘和银棒、银棒和银棒之间的耦合强度也将逐渐增强.因此,各频段PIT的透射振幅将会逐渐减小,振幅调制深度逐渐增大.进一步研究了单频段PIT模型的传感特性,该模型随背景材料折射率变化的灵敏度达到了3906.6 nm/RIU.这为多频带滤波、超灵敏传感器的设计提供了理论参考.     

基于全介质超材料的高Q电磁诱导透明现象研究

高透射、低损耗、高品质因子的电磁诱导透明现象是超材料领域重要的研究方向之一.设计了一种全介质十字空腔结构超材料,十字空腔由两个相互垂直的硅空腔组成.当十字空腔超材料完全对称时,没有电磁诱导透明现象产生.通过在特定方向上打破结构的对称性,引入了暗模式,并出现了显著的电磁诱导透明现象.在透射峰中可以同时实现93％的透射率和...     

基于非对称结构全介质超材料的类电磁诱导透明效应研究

本文设计了一种非对称结构的类电磁诱导透明超材料结构,利用时域有限差分方法对其光学特性和类EIT效应进行了仿真分析,建立了其耦合洛伦兹模型,并对所设计超材料结构的类EIT效应进行了模拟分析.结果表明:利用两个长短不同的硅块明模和明模之间的耦合,在1555 nm附近实现了类电磁诱导透明效应;通过对该超材料的微结构参数进行优...     

石墨烯超材料等离诱导透明特性和光电开关设计

基于单层图案化石墨烯超材料在太赫兹波段实现了等离子诱导透明效应,利用耦合模式理论（CMT）分析了等离子诱导透明产生的机理,得到的理论结果与时域有限差分方法计算的结果高度一致。通过调节石墨烯费米能级对等离子诱导透明特性进行了动态调控,并实现了多模同步异步开关的设计,在2.16、3.01、3.84 THz三个频率处的振幅调制度分别为95.77%、83.42%、95.58%,消光比最高可达13.73 dB。对慢光效应的研究结果表明群折射率可达180。本研究为设计光电子器件提供方案和指导。     

基于Rb原子电磁诱导透明的量子干涉实验研究

报道了基于85RbD2线电磁诱导透明(EIT)的量子干涉现象,发现当一耦合光和探测光之间满足拉曼共振条件时出现电磁诱导透明现象,在某些条件下也观察到电磁诱导吸收(EIA).而当用一束耦合光和一束泵浦光共同作用于5S1/2,F=3→5P3/2,F′=3和5S1/2,F=3→5P3/2,F′=4能级上时,探测光的吸收谱表现出三峰结构,并且峰强弱与两耦合光之间的相对强度有关.     

基于双矩形腔边耦合波导的等离子体诱导透明效应

为了降低功耗、实现超快速响应,设计了一种基于双矩形腔边耦合等离子体波导系统,并研究了其等离子体诱导透明效应.采用光学Kerr效应超快调控石墨烯-Ag复合材料波导结构,实现1 ps量级的超快响应时间.动态调控等离子体波导的传输相移,当泵浦光强为5.83 MW/cm^2时,等离子体诱导透明系统能够实现透射光谱π相移,这是因为基于石墨烯-Ag复合材料结构等离子体波导具有大的等效光学Kerr非线性系数,表面等离子体激元局域光场和等离子体诱导透明效应慢光对光学Kerr效应产生了协同增强作用,大大降低了系统获得透射光谱π相移的泵浦光强.等离子体诱导透明效应透明窗口的可调谐带宽为40 nm,系统的群延时控制在0.15 ps到0.85 ps之间,并且光波通过间接耦合或者相位耦合机制实现了等离子体诱导透明效应相移倍增效应.耦合模式理论计算结果很好地吻合了时域有限差分法仿真模拟结果,研究结果对于低功耗、超快速非线性响应和紧凑型光子器件的设计和制作具有一定的参考意义.     

基于超材料实现等离激元诱导透明

电磁诱导透明是在介质中由不同的入射光诱导产生的量子干涉效应。它以其独特的物理现象,在量子通信和非线性光学应用中具有重要的地位。近年来,人工超材料发展十分迅速,并成为等离子体学领域的一个研究热点。超材料可以很好地调控其物理结构和特性,而且降低了对电磁诱导透明实验条件的要求,模拟出类似于电磁诱导透明的现象即等离激元诱导透明。本文介绍等离激元诱导透明的工作原理,总结实现等离激元诱导透明的几种结构,以及等离激元诱导透明的研究现状,为微型传感器的应用以及等离激元诱导透明结构的设计提供依据。     

High-resolution three-dimensional atomic microscopy via double electromagnetically induced transparency

We aim to present a new scheme for high-dimensional atomic microscopy via double electromagnetically induced transparency in a four-level tripod system. For atom–field interaction, we construct a spatially dependent field by superimposing three standing-wave fields(SWFs) in 3 D-atom localization. We achieve a high precision and high spatial resolution of an atom localization by appropriately adjusting the system variables such as field intensities and phase shifts. We also see the impact of Doppler shift and show that it dramatically deteriorates the precision of spatial information on 3 D-atom localization. We believe that our suggested scheme opens up a fascinating way to improve the atom localization that supplies some practical applications in atom nanolithography, and Bose–Einstein condensation.     

里德伯电磁感应透明中的相位

本文在典型的里德伯电磁感应透明系统中研究弱探测场在相互作用原子系统中的传播特性,重点关注基于偶极阻塞效应的探测场相位的合作光学非线性行为.通过与探测场透射率和光子关联作对比,发现相位的光学响应具有新特性:共振和Autler-Townes劈裂条件下相位对入射场强和初始光子关联不敏感,而在两者之间的频率范围内相位响应具有非线性特征,尤其在经典光频率处最显著.此外,提高主量子数和原子密度都会促进相位的非线性效应.综上,与探测场透射率和光子关联一样,相位可以作为合作光学非线性的另一个标识来刻画非线性现象,对里德伯电磁感应透明研究是一个有力的补充.     

Dual-function terahertz metasurface based on vanadium dioxide and graphene

A dual-function terahertz metasurface based on VO₂ and graphene is proposed in this paper. It consists of a gold layer embedded with VO₂ patches, a SiO₂ spacer layer, a VO₂ layer, graphene and a SiO₂ spacer substrate. When the bottom VO₂ layer is in the metallic state, the designed metasurface can achieve absorption. When the top VO₂ patches are in the metallic state, the proposed metasurface can be used as a single-band absorber with terahertz absorptance of 99.7% at 0.736 THz. When the top VO₂ patches are in the insulating state, the designed structure behaves as a dual-band absorber with an absorptance of 98.9% at 0.894 THz and 99.9% at 1.408 THz. In addition, the absorber is polarization insensitive and keeps good performance at large angles of incidence. When the bottom VO₂ is in an insulating state, the metasurface shows electromagnetically induced transparency. The transparent window can be dynamically regulated by controlling the chemical potential of graphene. The proposed metasurface exhibits the advantages of terahertz absorption, electromagnetically induced transparency and dynamic control, which provides more options for the design of terahertz devices in the future.     

单光子和双光子电磁诱导透明谱的相干调制

采用一束相干外场作用在倒Y模型原子的基态与另外状态构成的跃迁上,实现对单光子和双光子电磁诱导透明谱的调制。经研究发现相干外场对单光子和双光子的吸收性质有类似的影响效果。由于相干外场的作用,吸收谱的共振点附近出现吸收峰将原单重透明谱分裂为双重透明谱。诱导的吸收峰的高度和透明谱的频谱宽度与相干外场的强度有密切关系。并用缀饰态理论解释了这些物理现象。这些研究对多通道光通信以及对原子光学性质的调控方面有积极意义。     

Dependence of electromagnetically induced transparency on temperature

We performed an experimental study on the dependence of the linewidth of electromagetically induced transparency (EIT) on the temperature of medium in a Λ-type configuration using caesium vapour. We found that the transparent window is narrowed in the EIT whose two ground levels are composed of two hyperfine levels, and broadened in the case when the two ground levels are degenerated Zeeman sublevels, as the temperature of vapour cell is increased. The explanation for the phenomena is given qualitatively.     

电磁诱导透明系统中的暗孤子

利用电磁诱导透明效应提供的高色散和非线性系数, 研究暗孤子的形成环境以及孤子演化与环境参数的关系. 为了提高电磁诱导透明的稳定性和可操作性, 用双势阱半导体作为基质材料. 将量子理论和经典场理论结合, 获得了非线性薛定谔方程. 以非线性薛定谔方程为基础, 研究暗孤子的形成条件, 以及孤子演化与环境参数的关系. 研究结果表明: 当介质为反常色散同时交叉相位调制为负时, 在该介质中可以形成和传播暗孤子; 暗孤子演化中, 脉宽、灰度与相位相互关联, 脉宽越小、灰度越大, 相位增长越迅速. 此外, 研究了系统的调制不稳定性, 探讨了在调制不稳定下的增益谱.     

Reflection-type electromagnetically induced transparency analogue in terahertz metamaterials

A reflection-type electromagnetically induced transparency（EIT） metamaterial is proposed, which is composed of a dielectric spacer sandwiched with metallic patterns and metallic plane. Experimental results of THz time domain spectrum（THz-TDS） exhibit a typical reflection of EIT at 0.865 THz, which are in excellent agreement with the full-wave simulations. A multi-reflection theory is adopted to analyze the physical mechanism of the reflection-type EIT, showing that the reflection-type EIT is a superposition of multiple reflection of the transmission EIT. Such a reflection-type EIT provides many applications based on the EIT effect, such as slow light devices and nonlinear elements.     

Phase control of squeezed state in double electromagnetically induced transparency system with a loop-transition structure

We theoretically study the squeezed probe light passing through a double electromagnetically induced transparency (DEIT) system, in which a microwave field and two coupling lights drive a loop transition. It is shown that the output squeezing can be maintained in both two transparency windows of DEIT, and it can also be manipulated by the relative phase of the three driving fields. The influence of the intensity of applied fields and the optical depth of atoms on the squeezing is also investigated. This study offers possibilities to manipulate the squeezing propagation in atomic media by the phase of electromagnetic fields.     

Precise measurement of optical frequency with the help of electromagnetically induced transparency

We have studied electromagnetically induced transparency (EIT) spectra in a frequency span as wide as 300 MHz. This tunability of EIT spectra provides an opportunity to utilize the sub-natural spectra in measuring unknown laser frequency very accurately. EIT is observed when control and probe laser frequency detunings are equal. This correlation has been used to identify and measure unknown probe frequency with a very high degree of accuracy, subject to the condition that control laser frequency is known.