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化,实现了超高Q值(Q约为8616)的类EIT效应,透射率可达96%;通过调节硅块的长度以破坏超材料结构的非对称性,实现了对类电磁诱导透明窗口的主动调控.所设计的全介质超材料结构具有低损耗、易制备、主动可调控等优点,在主动可调控的慢光器件、高灵敏的光学传感器、窄带滤波器等光学器件的设计中具有潜在的应用价值.     

基于全介质超表面的电磁诱导透明研究

设计了一种基于TiO2介质的全介质电磁诱导透明超表面模型,该结构由两根十字垂直交叉的介质棒和四个介质方块组成.在入射电磁场的作用下,介质棒中直接被入射电磁场激励的米氏电谐振通过相互耦合作用激发了介质方块中的磁共振,并产生谐振模之间的相消干涉,从而产生了类电磁诱导透明现象.利用电磁仿真软件和双谐振子耦合模理论,模拟计算和定量分析了类电磁诱导透明效应,结果表明:在电磁波正入射下,该结构在0.552THz处产生一透射率接近96%的透明窗口.由于其结构单元具有4度旋转对称性和多个暗模谐振元素,使得诱导透明效应出现较宽频带且呈现出对入射电场极化方向不敏感的特性.     

基于石墨烯超表面的宽带电磁诱导透明研究

提出了一种新的基于石墨烯超表面的复合结构,该结构由带有空气槽的石墨烯条、氮化镓、二氧化硅和二氧化钛组成.通过时域有限差分法研究了该结构的电磁特性,研究结果表明,该结构具有更宽频带的电磁诱导透明特性.从结构参数、电磁场分布等方面研究了电磁诱导透明的物理机理.在该结构中,石墨烯条作为明模存在,耦合作为暗模的空气槽和氮化镓侧板,即存在两种明暗模耦合的现象,因此产生宽带的电磁诱导透明现象.从研究结果发现该结构可以产生多个频点的慢光效应和传感效应,因此在光存储、红外波段的传感器设计中具有一定的指导意义和潜在的应用.     

里德伯原子辅助光力系统的完美光力诱导透明及慢光效应

光力诱导透明是典型的量子相消干涉效应,在量子光学和量子信息处理当中具有广泛的应用.本文在里德伯原子系综镶嵌的复合光力学系统中考察了光力诱导透明现象以及由此产生的慢光效应.当考虑非旋转波近似的情况下,可以获得完美的光力诱导透明,即非常狭窄的理想透明窗口.在可分辨边带条件下,微腔品质越高,完美透明窗口中的慢光效应越明显.特别地,与其他原子相比,在实现超慢光方面里德伯原子的长寿命体现了其优越性.     

基于纳米盘棒耦合的多频段等离激元诱导透明研究

提出了基于银纳米棒和银纳米盘的多频段等离激元诱导透明(PIT)混合模型,通过时域有限差分法研究了模型的电磁特性.研究表明:由于银纳米盘(明模)和银纳米棒(暗模)的明模-暗模-暗模耦合,模型可以产生双频段的PIT效应.在双频段的基础之上,通过两个非对称的双频段PIT模型的叠加,形成暗模-暗模-明模-暗模-暗模耦合,可进一步实现四频段的PIT效应.同时,只要改变两种PIT模型中银纳米棒的长度以及银纳米棒和银纳米盘之间的距离,双频段PIT和四频段PIT窗口的谐振频率和透射振幅都会随之变化.最后研究了四频段PIT模型的传感效应,发现该模型随背景材料折射率变化的灵敏度(sensitivity)达到了326.2625 THz/RIU,优值系数(FOM)达到了26.4/RIU,性能优于其他同类型传感器,这为该模型在光存储、吸收、滤波和红外频段的传感器设计中的应用提供了理论参考.     

基于表面等离子双矩形腔结构的可调微流控类EIT系统的研究

本文提出一种基于双矩形腔结构的表面等离子体类电磁诱导透明(PIT)系统,通过微流控系统来实现一种可操控的类电磁诱导透明效应。文中通过耦合模理论来对整个系统结构进行分析,并利用二维时域有限差分方法(FDTD)对该类电磁诱导透明效应系统进行数值模拟,模拟所得结果与理论分析相吻合。该系统可动态调节类电磁诱导透明效应的透射窗口中心波长及透射率、品质因子Q、慢光速度等,具有调节精确、调节范围大的优点。     

基于black phosphorus纳米棒耦合的等离激元诱导透明

提出了基于black phosphorus(BP)纳米棒耦合的多频段等离激元诱导透明(PIT)电磁模型,通过FDTD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:由于不同长度的BP纳米棒之间的明-明耦合,可以在实现单频段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BP的弛豫速率ns,可以在单频段、双频段、三频段PIT模型中同时实现透明窗谐振频率的可调性.当ns增大时,各频段PIT窗口的谐振频率将会逐渐增大,发生蓝移.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(sensitivity)达到了6110.6 (nm/RIU),优值系数(FOM)达到了7.39 (1/RIU)这为多频带滤波、超灵敏传感器的设计提供了理论参考.     

双明模耦合的双波段类电磁诱导透明研究

本文设计了一种双层开口方环和双C型结构的超材料结构,在太赫兹波段具有双波段的类电磁诱导透明效应.该结构在1.438 THz和1.699 THz处出现透射峰.通过电磁场分布分析讨论产生双频带电磁诱导透明的原因,利用等效电路分析方法进一步解释了超材料中的类电磁诱导透明效应.研究了超材料开口方环的开口大小和双C型结构距离以及改变入射角度时对透射窗口的影响,结果发现在改变入射角度时,所设计材料透射谱线变化较大,表现出对角度的高敏感性.同时,改变环境的介电常数可以得到该结构的透射谱产生明显的红移.以上研究结果表明该结构在角度滤波器,折射率传感器等器件中有潜在的应用.     

空场诱导相干性对倒转Y型四能级原子系统中单光子和双光子吸收性质的影响

当倒转Y-型四能级原子的两基态能级邻近简并时,连接基态的两个跃迁路径与同一个真空场辐射场相互作用导致的量子干涉效应便产生了空场诱导相干性.空场诱导相干性能使倒转Y-型四能级原子在共振点的单光子和双光子电磁诱导透明现象减弱,而在其他失谐量处产生单光子增益现象。同时,外加相干光场的相对相位对原子的吸收性质有重要的影响.     

基于电磁诱导透明的人工表面等离激元片上传感器（特邀）

利用排布在人工表面等离激元传输线两侧的微结构谐振组实现了波导类电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency, EIT）效应,并基于此开发了结构紧凑的片上传感器。根据电场分布的特性,发现片上类EIT效应的传感工作机理主要是利用暗模谐振器内部的强局域化电场对周围介质的敏感程度,能够反映到EIT特征频率的偏移量和谐振幅度的变化。进一步地,详细仿真了待测物的折射率、正切损耗、厚度、半径等参数变化对EIT透明窗口的响应规律,发现该片上传感器在1.26～1.79折射率变化范围下的灵敏度可达1.12 GHz/RIU,传感品质因数值为5.45。实验中通过对三种食用油进行传感测量,验证了所提出的基于类EIT效应的片上传感器具有高灵敏度、无标记检测和实验灵活的特点。     

宽频脉冲光的传播特性

本文研究了宽频脉冲光在电磁诱导透明介质中的传播特性.结果表明,如果信号光的载波频率在透明窗口内,且频宽相对于透明窗口较宽时,输出信号光的时域宽度展宽,并出现明显的延迟效应;如果信号光的载波频率在介质吸收峰内,且频宽远大于介质吸收峰线宽时,信号光在传播过程中会发生形变,输出信号出现两个峰,峰值依赖于耦合光的频率和光强以及样品的长度,在适当条件下,在输出信号光中可获取较强的时域窄化的光脉冲. 关键词： 电磁诱导透明 脉冲形变 时间延迟 相干叠加     

石墨烯和对称开口谐振环超材料中可调谐的双等离激元诱导透明现象

提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构,该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟,观察到双PIT透明窗口,通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明,当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5 μm、石墨烯费米能级为1.5 eV时,可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值.     

类电磁诱导透明效应在硅基微环谐振腔中的实现与优化

为在硅基光波导上实现类电磁诱导透明效应,设计并加工了基于绝缘体上硅的串联双环结构.通过300℃到1 200℃热氧化退火、缓冲刻蚀液湿法腐蚀以及1 000℃高温氮气退火等波导结构的后期处理,利用垂直光栅耦合的方式输入及输出信号,观测到了类电磁诱导透明效应.分析了两环间不同间距对类电磁诱导透明效应的影响,结果表明:工艺中单环Q值达到5.1×104,类电磁诱导透明效应透明峰的带宽约为500MHz.     

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。     

石墨烯和对称开口谐振环超材料中可调谐的双等离激元诱导透明现象（英文）

提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构,该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟,观察到双PIT透明窗口,通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明,当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5μm、石墨烯费米能级为1.5eV时,可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值.     

回音壁微腔光力系统的相干控制与完全相干透射

本文研究了两侧同时输入的回音壁模谐振双微腔光力系统中电磁诱导透明的相干调控.通过改变双微腔两侧探测场的强度比值及相位差,可以有效控制电磁诱导透明窗口的宽度和深度,对探测场的吸收和色散等性质实施显著的影响,并且能够在特殊频率处产生关于探测场的完全相干透射现象.     

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.     

基于双回音壁模式腔光力学系统的光学传播特性和超高分辨率光学质量传感

研究基于双回音壁模式腔光力学系统中的相干光学传播特性,通过控制该系统中两腔之间的耦合,证明了基于光力诱导透明的慢光效应.该系统中的腔-腔耦合起着关键作用,提供了一个量子通道并影响透明窗口的宽度.基于该系统理论上提出一种光学质量传感方案.通过检测探测吸收谱中由于额外质量引起的机械共振频移可直接测出沉积在回音壁腔表面上的额外纳米颗粒的质量.与单腔光力学质量传感相比,多模式光力学系统中腔-腔耦合显著提高了质量传感的分辨率.双回音壁模式光力学系统将在光学存储和超高分辨率质量传感器件上有着潜在应用.     

基于相变材料的慢光和吸收可切换多功能太赫兹超材料

基于相变材料Ge₂Sb₂Te₅(GST)设计了一种太赫兹超材料,在太赫兹波段实现了慢光和吸收功能的切换.该超材料由三部分构成,分别是金环构成的微结构层、SiO₂介质层和GST薄膜.研究结果表明:当GST薄膜处于绝缘态时,由于两个谐振环的电磁诱导透明效应,入射THz光脉冲通过该THz超材料时群速度会减慢,最大群延迟可以达到3.6 ps;当GST薄膜转变为金属态时, THz超材料可实现双波段吸收,在0.365 THz处吸收率可以达到97%,在0.609 THz处吸收率可以实现完美吸收(吸收率100%).另外还研究了该THz超材料的入射光偏振不敏感特性,发现当入射光脉冲的偏振角从0°变化到90°时, THz超材料的慢光和吸收特性不受影响.所设计的THz超材料在光缓存器、光传感器、光开关等领域具有潜在的应用价值.     

基于自发辐射相干实现光学前驱动场

研究一个具有两个靠得足够近激发能级的双Lambda模型, 在矩形脉冲中分离出光学前驱动场. 当耦合场是大失谐时, 该原子系统在自发辐射相干效应的影响下产生一个透明窗口并伴随着陡峭的色散曲线. 因此, 由于透明窗口中的慢光效应可以使光学前驱动场从主脉冲场中分离出来. 另外, 我们通过调控脉冲波形序列研究探测场相位和幅值的累积光学前驱动波. 数值结果表明: 由于累积光前驱动场与脉冲主场的相长干涉大大地提高瞬态脉冲的能量.