电磁诱导透明matlab程序,⼀种实现类电磁诱导透明效应的超 本发明涉及光电技术领域，具体涉及⼀种实现类电磁诱导透明效应的超材料及⽅法。
背景技术：
电磁诱导透明(eit)描述的是在宽吸收曲线中产⽣的尖锐透射窗⼝的⼀种实验现象，这种现象伴随着光的⾊散特性的改变，因此具有许多潜在的应⽤，如慢光、⽣物化学传感、滤波等。这种现象最开始是在三能级原⼦系统实验中发现的，是由两个不同激发路径之间产⽣的量⼦破坏性⼲扰引起的。但由于原⼦系统的实验需要极其苛刻的条件，如光泵浦和极端低温等，使得eit的应⽤受到了极⼤的限制。最近，⼈们提出了电磁感应透明的类似物(eit-like)，即基于超材料来实现类电磁诱导透明效应。基于类eit的超材料具有设计灵活、易于实现等优点，可以在太赫兹波段有着⼴泛的应⽤。 虽然⽬前⼈们做了很多类eit的超材料的研究，但是发明⼈在研究中发现，现有技术的缺陷在于：这些类eit超材料的透射窗带宽较窄，严重限制了类eit的应⽤范围，并且现有技术为解决窄带宽的问题只能通过调整超材料结构的⼏何尺⼨，这对于固定结构的超材料的实际应⽤⾮常不⽅便。因此迫切需要进⼀步研究更加简单实⽤的⽅法来实现透射窗的展宽。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要针对上述问题，本发明提供⼀种实现类电磁诱导透明效应的超材料及⽅法。
⼀种实现类电磁诱导透明效应的超材料，包括衬底以及在所述衬底上的周期性的结构⼦单元，所述结构⼦单元包括作为暗模谐振器的平⾏切割线对和作为亮膜谐振器的垂直切割线对，所述平⾏切割线对和所述垂直切割线对由⾦属材料制成；在结构⼦单元和衬底之间设置有两条不同宽度的墨烯带，⼀条⽯墨烯带置于亮膜谐振器下实现透射窗的展宽，另⼀条⽯墨烯带⽤于连接所有亮膜谐振器。 所述⽯墨烯带的表⾯电导率σg的计算公式如下：
其中e是电⼦电荷，kb是玻尔兹曼常数，t是环境温度，是简化的普朗克常数，ω是⼊射光的⾓频率，γ是载流⼦弛豫时间，ef是⽯墨烯的费⽶能级。
在太赫兹波段中，根据泡利不相容原理，在满⾜⽯墨烯的费⽶能级ef＞＞kbt与的情况下，⽯墨烯带的表⾯电导率σg的计算公式可简化如下：
其中，e是电⼦电荷，是简化的普朗克常数，ω是⼊射光的⾓频率，γ是载流⼦弛豫时间，ef是⽯墨烯的费⽶能级。
所述⾦属材料为铝。
所述铝的光学性质表⽰如下：
其中γ为阻尼常数，ω是⼊射光的⾓频率，ωp为等离⼦体频率。
套管挤压⼀种实现类电磁诱导透明效应的⽅法，在上述的超材料的上下两极施加电压，从⽽改变⽯墨烯带的费⽶能级，在⽯墨烯带的费⽶能级变化的过程中，所述平⾏切割线对和所述垂直切割线对之间产⽣破坏性⼲涉现象，从⽽产⽣类电磁诱导透明现象。
所述平⾏切割线对和所述垂直切割线对之间产⽣破坏性⼲涉现象的共振频率为2.14thz。
控制所述置于亮膜谐振器下实现透射窗的展宽的⽯墨烯带的宽度变化，可以实现透射光谱透射窗带宽连续变化。
所述透射窗带宽从0.4-1.29thz连续调制。
控制⽯墨烯的费⽶能级从0.4增加到1.2ev，可以动态地实现光谱消光⽐从32％到94％可调。
本发明的有益效果是：
本发明所提出的实现类电磁诱导透明效应的超材料，由平⾏切割线对、垂直切割线对和两条不同宽度的⽯墨烯带组成，实现了透射窗带宽从0.4-1.29thz的连续调制。另⼀⽅⾯，可以通过调节⽯墨烯的费⽶能级来实现光谱消光⽐的范围可调。本发明提供的类eit超材料在太赫兹通信中的宽带慢光器件、滤波器和调制器上有着⼴阔的应⽤前景。
附图说明
图1是超材料明暗模结构和超材料整体结构的⽰意图；
图2是⽯墨烯电导率与费⽶能级的关系图；
图3是超材料器件中的pcwp、vcwp以及整体结构eit的透射谱线图；
图4是超材料透射光谱与⽯墨烯带宽读w的关系图；
图5是⽯墨烯的不同费⽶能级下的透射光谱⽰意图；
图6是⽯墨烯费⽶能级在0.4ev和1.2ev，超材料在0.82thz下的电场分布；
图7是不含⽯墨烯的超材料的传输相移和延迟。
具体实施⽅式
本发明提出了⼀种实现类电磁诱导透明效应的超材料，具体是⼀种混合⾦属⽯墨烯超材料，⽤于实现在太赫兹光谱下展宽类eit的透射窗。和以往的超材料相⽐，该超材料在最宽的带宽和可调的带宽范围内具有优越的性能。该超材料为主动控制eit传输窗⼝提供了⼀种新的途径，在太赫兹通信中的宽带慢光器件、滤波器和调制器上有着⼴阔的应⽤前景。
图1(a)展⽰了实现类电磁诱导透明效应的超材料的⽴体⽰意图。他的⼦单元结构是由⼀个作为暗模谐振器的平⾏切割线对(pcwp)和⼀个作为亮模谐振器的垂直切割线对(vcwp)组成。⾦属铝作为明暗模谐振器的材料。在衬底上铺有两条不同宽度的⽯墨烯带，⼀条是放置在亮模谐振器下⽤来实现透射窗的展宽，另⼀条⽤于连接所有⼦单元结构。所有的超材料结构结构都铺设在由相对介电常数为11.7的的衬底上。衬底和铝的厚度分别为400nm和200nm。图1(b)描述了类eit超材料单个⼦结构的参数。具体的，在本实施例中，px＝80微⽶，py＝120微⽶，l＝60微⽶，m＝5微⽶，w＝4.5微⽶，n＝42微⽶，s＝4微⽶，r＝1微⽶，d＝10微⽶。
选择铝(al)作为明暗模谐振器的材料，德鲁德模型在太赫兹波段可以⽤下公式描述：
式中γ为阻尼常数，ω为等离⼦体频率，值分别为1.22×1014rad/s和2.24×1016rad/s。⽯墨烯的导电性是影响它性能的主要因素。根据kubo⽅程，⽯墨烯的导电率由带内导电率和带间导电率组成：
式中kb为玻尔兹曼常数，e为电⼦电荷，t为环境温度(t＝300k)，为简化的普朗克常数，ω为⼊射平⾯波⾓频率。公式中⽯墨烯的费⽶能级⽤ef表⽰，平均弛豫时间⽤γ表⽰。在太赫兹波段根据泡利不相容原理，⽯墨烯的带内部分导电率可以忽略不计。当⽯墨烯满⾜ef＞＞kbt 和条件时时，可以⽤简化的德鲁德公式表⽰：
载流⼦弛豫时间定义为其中vf表⽰费⽶速度，μ是载流⼦迁移率。⽯墨烯在不同费⽶⽔平下的导电性如
平行流冷凝器图2所⽰。
水半夏为了研究所提出的eit超材料的功能，我们使⽤了有限差分时域(fdtd)软件。在模拟计算中，基本设置如下：背景折射率设置为1.0，模拟温度为300t，在x和y⽅向应⽤周期性边界条件，在z⽅向应⽤完全匹配的层。图3(a)显⽰了三种超材料的透射光谱，包括pcwp、vcwp和两者的结合。从图中可以看出，vcwp超材料的光谱特性表明它存在对称的洛伦兹型共振模式，其中⼼频率位于2.14太赫兹。相⽐之下，pcwp 超材料对⼊射光没有光学响应，在太赫兹波段⼏乎完全透射传输。当平⾯波沿x⽅向偏振照射时，在vcwp和pcwp相结合下，可以得到⼀个带宽为0.33thz的类eit透射窗⼝。
为了展⽰eit超材料中透射窗形成的物理机制，我们绘制了vcwp、pcwp和组合超材料在2.14太赫兹共振频率下的透射电场分布，如图3(b-d)所⽰。图3(b)表明vcwp与⼊射平⾯波的强耦合可以激发部分表⾯等离⼦体(psp)。图3(c)是pcwp的电场分布图，表明其在相应频率下不会被⼊射光激发，这是由于⼊射平⾯波偏振⽅向沿结构的x⽅向对称，从⽽导致了他的电场分布⾮常弱。从这点上我们可以证明vcwp和pcwp分别为亮模和暗模。暗模通过近场耦合可以被亮模引起的局域场激发。图3(d)描述了2.14太赫兹下eit超材料的电场分布。当pcwp和vcwp集成到⼦单元中，在pcwp两端有强电场集中，这表明pcwp在vcwp的激励下变为单极模式。正是由于单极模式和偶极模式之间的破坏性⼲扰导致了类eit效应的产⽣。
为了获得更宽的eit传输窗⼝，我们在在vcwp下添加了⽯墨烯。⾸先我们研究了⽯墨烯结构尺⼨对透射窗的影响。结构局部⽰意图如图4(a)所⽰。图4(b)显⽰了⽯墨烯在不同w(费⽶能级固定在1.2ev)下的透射光谱。当w的长度从0.5微⽶增加到4.5微⽶时，左透射⾕逐渐向蓝⾊谱移动，⽽右透射⾕基本不发⽣变化。我们在图4(c)中绘制了不同长度w的透射谱线的带宽变化。传输窗⼝的带宽可以从0.4增加到
1.29thz。值得注意的是在调制过程中传输窗⼝的振幅没有变化。
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接下来，我们研究了⽯墨烯在不同费⽶能级下的透射窗的变化。图5显⽰了费⽶能级从0.4到1.2ev的透射光谱。在加⼊⽯墨烯并将其费⽶能级调节到0.4ev，与没有⽯墨烯的情况相⽐，左透射⾕的频率蓝移到0.71thz并且透射振幅为0.64，⽽右透射⾕共振频率⼏乎不变。随着费⽶能级从0.4ev增加到1.2ev，左右透射⾕的振幅逐渐下降。当⽯墨烯的费⽶能级达到1.2ev时，左右透射⾕的最⼤调制深度分别为85％和92％。我们⽤光谱消光⽐来评估eit超材料器件的性能，它可以描述为：
scon＝(tpeak-tdip)/(tpeak+tdip)×100％
其中，tpeak是透射峰值处的强度，tdip是传输⾕的强度。在调制过程中通过增加⽯墨烯的费⽶能级，可以动态地实现光谱消光⽐从32％到94％可调。所以，本实施例提出的eit超材料在光学滤波器和调制器上有着⼴阔的应⽤前景。半距等高线
atcc9372为了解释这种新现象背后的物理机制，我们绘制了⽯墨烯在0.4ev和1.2ev在0.82太赫兹共振频率下的相应透射电场分布。具体参见图6。
如图6(a)所⽰，当⽯墨烯的费⽶能级为0.4ev时，由于⽯墨烯的低导电性，阻碍了vcwp谐振器与pcwp谐振器之间电流的能量传递，从⽽抑制了eit的形成，从⽽导致了左右透射⾕⾼透射的出现。当⽯墨烯的费⽶能级增加到1.2ev时，其中vcwp的电场显著下降，⽽pcwp的电场显著增加。亮模谐振器上的能量⼏乎全部转移到暗模谐振器上，⾼强度电场集中在暗模谐振器的两端。通过调整⽯墨烯的费⽶能级，可以实现对光谱消光⽐的主动调制。
慢光是由于透射窗中的强⾊散⽽产⽣的，是eit最重要的应⽤之⼀。延迟tg⽤于表⽰慢光的能⼒，可通过以下公式计算：
这⾥，φ是eit引⼊的相位变化。图6显⽰了没有⽯墨烯的eit超材料的相位改变和延迟。透射窗⼝中存在3.48ps的延迟，这表明我们所设计的器件在慢光⽅⾯性能良好。
综上所述，我们提出了⼀种超材料。它由平⾏切割线对(pcwp)、垂直切割线对(vcwp)和两条不同宽度的⽯墨烯带组成。通过仿真计算，我们证明了我们所设计的eit超材料实现了透射窗带宽从0.4-1.29thz的连续调制。另⼀⽅⾯，可以通过调节⽯墨烯的费⽶能级来实现光谱消光⽐的范围可调。此外，我们计算了慢光效应的延迟。我们相信我们所设计的类eit超材料在太赫兹通信中的宽带慢光器件、滤波
器和调制器上有着⼴阔的应⽤前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的⼏种实施⽅式，其描述较为具体和详细，但并不能因此⽽理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术⼈员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若⼲变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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