基于太赫兹超材料的多模式电磁感应透明的调控

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电磁感应透明(EIT)是发生在三能级系统中的一种量子干涉现象,是由发生在不同路径的激发跃迁之间的量子相消干涉引起的。它能够在一个宽的吸收光谱中形成一个窄的透射窗口,使光能够通过一个原本不透明的介质传播,在透射窗口处伴随着强烈的色散和大的群速度,导致慢光效应和非线性增强。然而,在量子领域的EIT效应实现需要苛刻的条件,比如强激光和超低温环境,这大大的限制了EIT的发展。随着超材料的发展,EIT效应可以通过在室温下工作的超材料中亮模式与暗模式或准暗模式之间的相消干涉来实现。因此超材料EIT吸引了研究者们的广泛关注。本论文从理论和模拟仿真上研究了改变结构调控EIT效应和改变偏振的主动式调控EIT效应。主要研究内容和结论可概括如下:一、本研究设计了基于太赫兹超材料的三种谐振器,T型谐振器(TTR)、单开口环谐振器(SRR)和双开口环谐振器(CSRRs)。运用Fano拟合了这三种谐振器的透射光谱,与时域有限差分算法FDTD仿真结果吻合的很好。并结合其电场强度分布和Q因子大小说明:在x偏振下,TTR可作为亮模式,CSRRs可视为准暗模式,SRR可看作暗模式;在y偏振下,TTR可作为亮模式,CSRRs可视为暗模式,SRR可看作准暗模式。此外通过结构调控方式对提出的结构进行了模拟和分析。通过增大谐振器的间距可以清楚的发现EIT透射峰强度有不同程度的减弱,这是由于谐振器之间的耦合减弱造成的;通过增大单元结构周期,EIT透射峰强度得到了显著的增强;增加基底折射率,可以显著的看到EIT透射窗口发生了明显的红移。二、本研究提出了一个随入射光偏振主动调控EIT模式的太赫兹超材料。当入射光为x偏振时,作为亮模式的T型谐振器与作为准暗模式的双开口环谐振器之间发生耦合,由于相消干涉形成一个EIT透射窗口,结合三能级EIT系统和电场强度分布对产生的单个EIT透射峰的产生机理进行了深入的分析。当入射光为y偏振时,作为亮模式的T型谐振器,作为准暗模式的单开口环谐振器和作为暗模式的双开口环谐振器之间的相消干涉导致了两个EIT透射峰的产生,结合四能级EIT系统和电场强度分布对实现的两个EIT透射峰的产生机理进行了分析。因此将入射光从x偏振更改为y偏振,我们可以实现从单EIT模式到双EIT模式的调控。运用Lorentz耦合模型,分析在不同偏振下调控EIT模式的产生机理。同时,慢光效应也可以通过偏振调控。在x偏振照明下,观察到一个慢光波包,与9.93ps的群延迟有关。当入射光为y偏振时,观察到两个慢光效应和一个较大的延迟波包,群延迟分别达到9.31ps和11.10ps。
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