一種非對稱開口環(huán)超材料波導結(jié)構(gòu)高q諧振裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料諧振裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] Q值（quality factor，品質(zhì)因子)是諧振峰的一個重要參數(shù)，其定義為諧振峰中心 頻率除以諧振峰寬度（FWHM)。Q值越高就表示一個諧振峰的諧振峰寬度越窄，這是非常具 有實際應用意義的，在超高靈敏度傳感器、超窄帶濾波器等應用領(lǐng)域都具有非常重要的意 義。而目前的超材料諧振峰的設計都局限于表面模式，諸如偶極諧振、LC諧振之類的諧振 峰，這類表面模式諧振峰由于受到了金屬歐姆損耗和輻射損耗的影響，對其Q值的提高非 常困難。
[0003] 導模諧振是由于電磁波耦合進波導而形成的，其能量局限于介質(zhì)波導內(nèi)，避免了 金屬的歐姆損耗和輻射損耗，且能很大程度地限制諧振能量的泄漏，使其可以具有超高的Q 值。波導表面的超材料包層正是實現(xiàn)了類似于光柵的衍射功能，而后滿足超材料包層下平 板波導相位匹配條件的電磁波耦合進波導產(chǎn)生導模諧振。但是由于超材料結(jié)構(gòu)的復雜性、 參數(shù)的多樣性，不同結(jié)構(gòu)的光柵強度可謂是天差地別的，這直接影響到了導模諧振峰的Q 值和幅值等結(jié)果。CN201510155847. 1是本申請人申請的一種超材料諧振裝置，其中包含了 幾種超材料結(jié)構(gòu)的設計方法，本申請人又發(fā)明了一種另外的設計方法，也能同樣解決超材 料中諧振峰Q值不高的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種非對稱開口環(huán)（SRR)超材料波導 結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，以提高超材料諧振裝置的諧振品質(zhì)因子。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案： 一種非對稱SRR超材料波導結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，其特征在于，包括： 平板波導，所述平板波導包括第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層以及位于所述第一介質(zhì)層和第 二介質(zhì)層之間的第三介質(zhì)層，其中，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的折射率均小于所述第 三介質(zhì)層的折射率； 位于所述平板波導表面的是由多個沿第一方向延伸的金屬非對稱SRR諧振單元組成 的超材料包層，所述諧振單元至少有兩個SRR，其中至少有一個非對稱SRR，所述諧振單元 中相鄰SRR之間的距離h為p/m，p為所述諧振單元沿第二方向的周期長度，m為諧振單元 內(nèi)沿第二方向SRR的數(shù)量，所述第二方向垂直于所述第一方向。
[0006] 進一步的，所述非對稱SRR的不對稱度定義為開口中心軸線與SRR中心軸線的距 離s，開口位于SRR中心軸線以左s為負，開口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以右s為正，當s辛0 時，即為非對稱SRR結(jié)構(gòu)；反之即為對稱SRR結(jié)構(gòu)。
[0007] 進一步的，所述諧振裝置諧振波長滿足： 光柵衍射條件：Msm句士 sm〇 = K ; CN 105116489 A 說明書 2/5 頁 平板波導相位匹配條件
其中，P為所述諧振單元沿第二方向的周期長度；和1分別為入射電磁波的入射角和 經(jīng)過光柵調(diào)制后的衍射角；m為衍射的級次，沈為入射電磁波在真空中的波長，Ii1, n，叫分 別為平板波導中第一介質(zhì)層、第三介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的折射率；d為第三介質(zhì)層的厚度； 屢為平板波導的導模角；:?為第三介質(zhì)層與第一介質(zhì)層界面上全反射相移；^為第三介質(zhì) 層和第二介質(zhì)層界面上全反射相移；N為導模階數(shù)，為不小于零的整數(shù)。
[0008] 進一步的，所述諧振結(jié)構(gòu)的形狀相同或不同。
[0009] 進一步的，所述諧振結(jié)構(gòu)的尺寸相同或不同。
[0010] 進一步的，所述第一介質(zhì)層為空氣層或半導體材料層或介質(zhì)材料層或聚合物材料 層；所述第二介質(zhì)層為空氣層或半導體材料層或介質(zhì)材料層或聚合物材料層；所述第三介 質(zhì)層為半導體材料層、介質(zhì)材料層或聚合物材料層。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點： 本發(fā)明公開了一種非對稱SRR超材料波導結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，包括平板波導和位于所 述平板波導表面的由金屬非對稱SRR諧振單元組成的超材料包層。所述超材料諧振單元至 少有兩個SRR，其中至少有一個非對稱SRR。所述非對稱SRR的開口中心軸線與SRR的中心 軸線的距離s定義為該SRR的不對稱度。該諧振裝置的超材料包層實現(xiàn)了類似于光柵的衍 射功能，而后滿足超材料包層平板波導相位匹配條件的電磁波耦合進波導產(chǎn)生導模諧振。 通過改變超材料諧振單元內(nèi)各SRR的不對稱度來調(diào)節(jié)光柵強度，可實現(xiàn)導模諧振強度和Q 值的控制。當不對稱度很低時，可獲得超高Q諧振。此外，還可通過控制導模諧振與超材料 表面模諧振相互作用，實現(xiàn)Fano諧振和電磁感應透明（ΕΙΤ)。
【附圖說明】
[0012] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一個實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0013] 圖1為本發(fā)明一個具體實施例所提供超材料諧振單元的示意圖； 圖2為假設平板波導材料無損時，圖1中所示超材料諧振裝置中，所述第三介質(zhì)層的厚 度為50微米、介電常數(shù)為3. 75時，所述諧振單元沿第二方向的周期長度Px為320微米，沿 第一方向的周期長度Py為160微米；兩個SRR均為正方形金環(huán)，線寬為5微米，邊長為80 微米，厚度為200納米，且第一 SRR的不對稱度s為-5,即開口的中心軸線與SRR結(jié)構(gòu)的中 心軸線的距離為5微米且開口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以左，第二SRR的不對稱度s為+5， 即開口的中心軸線與SRR結(jié)構(gòu)的中心軸線的距離為5微米且開口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以 右，根據(jù)有限元法計算得到的在〇. 2ΤΗΖ-1. 2ΤΗζ范圍內(nèi)的透射率譜曲線示意圖。
[0014] 圖3為調(diào)整兩個SRR的邊長為100微米時，ΤΜ。導模諧振與偶極諧振相互作用產(chǎn)生 電磁感應透明（EIT)。
[0015] 圖4為調(diào)整兩個SRR的邊長為95微米時，ΤΜ。導模諧振與偶極諧振相互作用產(chǎn)生 Fano諧振。
【具體實施方式】
[0016] 正如【背景技術(shù)】部分所述，如何提高諧振品質(zhì)因子，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決 的技術(shù)問題。
[0017] 有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種非對稱SRR超材料波導結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，包 括： 平板波導，所述平板波導包括第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層以及位于所述第一介質(zhì)層和第 二介質(zhì)層之間的第三介質(zhì)層，其中，所述第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層的折射率均小于所述第 三介質(zhì)層的折射率； 位于所述平板波導表面的是由多個沿第一方向延伸的金屬非對稱SRR諧振單元組成 的超材料包層，所述諧振單元至少有兩個SRR，其中至少有一個非對稱SRR，所述諧振單元 中相鄰SRR之間的距離h為p/m，p為所述諧振單元沿第二方向的周期長度，m為諧振單元 內(nèi)沿第二方向SRR的數(shù)量，所述第二方向垂直于所述第一方向。
[0018] 所述非對稱SRR的不對稱度定義為開口中心軸線與SRR的中心軸線的距離s，開口 位于SRR中心軸線以左s為負，開口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以右s為正。當s辛0時，即為 非對稱SRR結(jié)構(gòu)；反之即為對稱SRR結(jié)構(gòu)。
[0019] 本發(fā)明實施例所提供的超材料結(jié)構(gòu)設計包括平板波導和位于所述平板波導表面 的由金屬非對稱SRR諧振單元組成的超材料包層。每個超材料諧振單元至少有兩個SRR，其 中至少有一個非對稱SRR。所述非對稱SRR的開口中心軸線與SRR中心軸線的距離s定義 為該SRR的不對稱度。該諧振裝置的超材料包層實現(xiàn)了類似于光柵的衍射功能，而后滿足 超材料包層平板波導相位匹配條件的電磁波耦合進波導產(chǎn)生導模諧振。通過改變超材料諧 振單元內(nèi)各SRR的不對稱度來調(diào)節(jié)光柵強度，可實現(xiàn)導模諧振強度和Q值的控制。當不對 稱度很低時，可獲得超高Q諧振。此外，還可通過控制導模諧振與超材料表面模諧振相互作 用，實現(xiàn)Fano諧振和電磁感應透明（EIT)。
[0020] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0021] 在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不 同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類 似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
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