【摘 要】
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电磁诱导透明（EIT）超材料成为当前研究热点,能够在宽带吸收情况下获得一个窄带透明窗口并且能够引起强烈的色散来减慢电磁波的群速度,使其在折射率传感器、光调制器、光开关以及慢光器件设计中展示出广阔的应用前景,传统EIT超材料器件大多工作在单频段且功能单一。随着二氧化钒（VO2）和石墨烯等材料引入超材料结构使得对太赫兹EIT结构的灵活调控成为可能。本文利用VO2和石墨烯两种材料分别与超材料结构组成复合
【基金项目】
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国家自然科学基金（61871355,61831012）； 浙江省重点研发计划（2021C03153）； 浙江省高校科研业务项目（2020YW20）； 之江实验室（2019LC0AB03）；
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电磁诱导透明（EIT）超材料成为当前研究热点,能够在宽带吸收情况下获得一个窄带透明窗口并且能够引起强烈的色散来减慢电磁波的群速度,使其在折射率传感器、光调制器、光开关以及慢光器件设计中展示出广阔的应用前景,传统EIT超材料器件大多工作在单频段且功能单一。随着二氧化钒（VO2）和石墨烯等材料引入超材料结构使得对太赫兹EIT结构的灵活调控成为可能。本文利用VO2和石墨烯两种材料分别与超材料结构组成复合结构,先后设计了单频可调EIT太赫兹超材料、双频可调EIT太赫兹超材料、三频段可调电磁诱导反射（EIR）太赫兹超材料结构和两种多功能器件。主要研究如下:1.提出一种单频可调EIT太赫兹超材料,利用金属方形环谐振器激发的明模式和开口金属圆盘谐振器的暗模式之间的破坏性干涉,在1.036THz处形成EIT峰。解释了 EIT产生机理,分析了结构参数对EIT效应影响。通过调节外部温度,可以自由调控EIT透射强度。计算结果表明,随着VO2电导率从50S/m增加到5×105S/m,频率1.036THz处的透射峰消光比为11.9dB。2.提出一种双频可调EIT太赫兹超材料,利用两条对称的矩形金属条和一个金属不对称方形双开口环之间的耦合作用在0.480THz和0.675THz频率处分别产生EIT和Fano效应,透射率分别为97.2%和94.2%,利用电场图解释了电磁诱导透明和Fano共振的生成机理。该结构通过调节外部温度,可以调节EIT效应和Fano谐振的透射强度。随着VO2的电导率从0S/m增加到5×104S/m,在0.480THz和0.675THz处两个透射峰消光比分别为20.5dB和12.2dB,且对应的最大群延时分别为14ps和35ps。3.提出一种三频段可调EIR太赫兹超材料,利用回字形金属凹槽各个谐振器的相互耦合激发产生0.54THz、0.60THz和0.63THz三个反射峰,反射效率分别为89.6%、77.1%和75.7%。当仅有外加电场作用时,该谐振器的三个EIR峰（频率为0.54THz、0.60THz和0.63THz）均实现可调,反射率最大改变量接近25%。当仅有外加电场作用时,化学势从0.1eV增加到0.3eV,实现对该谐振器的三个EIR峰反射效率降低,反射率最大改变量为43.4%。当外力与石墨烯化学势同时改变时,该谐振器的三个EIR峰反射率降低,反射率最大改变量达到62.6%。该结构具有极化不敏感特性并且电磁波在入射角25°以内都可以保持稳定的三个反射峰。4.研究了单频段EIR与双频段吸收可切换的多功能器件,当VO2处于金属态时（石墨烯不加电）,器件在明明模式耦合激发0.458THz处EIR效应。当着VO2从金属相到绝缘相,EIR强度从97.4%下降到48.2%,EIR峰处出现1.25ps群延迟。当VO2处于绝缘态（石墨烯化学势0.9eV）,由金属十字谐振器激发的电偶极子谐振和金属开口环谐振器激发的LC谐振相互耦合作用下,在0.409THz与0.517THz频率处得到吸收效率分别为98.7%和99.2%的双频带吸收效应。随着石墨烯化学势从0.9eV变化到0.3eV,吸收峰发生红移,两个吸收峰吸收频率分别从0.462THz和0.563THz变化到0.409THz和0.517THz。该结构在两种功能情况下都具有极化不敏感特性并且在入射角30°以内都能够保持性能稳定。5.研究了双频带EIT和双频带吸收可切换的多功能结构器件。当VO2处于绝缘态时,金属双开口谐振环、左金属谐振和右谐振条三个谐振器相互耦合,在0.926THz和1.126THz处形成两个EIT效应,透射效率分别是76.9%和80.8%。随着石墨烯化学势从0.9eV降到0.1eV时,0.926THz透射窗口透射效率从76.9%下降到58.0%,1.126THz处的透射窗口透射效率从80.8%下降到47.4%,两个透射峰处获得最大群延时分别为26.9ps和45.8ps。当VO2处于金属态,该结构变具有双频带吸收效应,分别在0.498THz和0.610THz处形成两个吸收峰,吸收率分别为95.3%和98.5%。
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