一種非對(duì)稱開(kāi)口環(huán)超材料波導(dǎo)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(gè)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(gè)諧振峰的諧振峰寬度越窄，這是非常具 有實(shí)際應(yīng)用意義的，在超高靈敏度傳感器、超窄帶濾波器等應(yīng)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(shè)計(jì)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(duì)其Q值的提高非 常困難。
[0003] 導(dǎo)模諧振是由于電磁波耦合進(jìn)波導(dǎo)而形成的，其能量局限于介質(zhì)波導(dǎo)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(dǎo)表面的超材料包層正是實(shí)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(dǎo)相位匹配條件的電磁波耦合進(jìn)波導(dǎo)產(chǎn)生導(dǎo)模諧振。但是由于超材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、 參數(shù)的多樣性，不同結(jié)構(gòu)的光柵強(qiáng)度可謂是天差地別的，這直接影響到了導(dǎo)模諧振峰的Q 值和幅值等結(jié)果。CN201510155847. 1是本申請(qǐng)人申請(qǐng)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(shè)計(jì)方法，本申請(qǐng)人又發(fā)明了一種另外的設(shè)計(jì)方法，也能同樣解決超材 料中諧振峰Q值不高的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種非對(duì)稱開(kāi)口環(huán)（SRR)超材料波導(dǎo) 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(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案： 一種非對(duì)稱SRR超材料波導(dǎo)結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，其特征在于，包括： 平板波導(dǎo)，所述平板波導(dǎo)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(dǎo)表面的是由多個(gè)沿第一方向延伸的金屬非對(duì)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(gè)SRR，其中至少有一個(gè)非對(duì)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(zhǎng)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(jìn)一步的，所述非對(duì)稱SRR的不對(duì)稱度定義為開(kāi)口中心軸線與SRR中心軸線的距 離s，開(kāi)口位于SRR中心軸線以左s為負(fù)，開(kāi)口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以右s為正，當(dāng)s辛0 時(shí)，即為非對(duì)稱SRR結(jié)構(gòu)；反之即為對(duì)稱SRR結(jié)構(gòu)。
[0007] 進(jìn)一步的，所述諧振裝置諧振波長(zhǎng)滿足： 光柵衍射條件：Msm句士 sm〇 = K ; CN 105116489 A 說(shuō)明書(shū) 2/5 頁(yè) 平板波導(dǎo)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(zhǎng)度；和1分別為入射電磁波的入射角和 經(jīng)過(guò)光柵調(diào)制后的衍射角；m為衍射的級(jí)次，沈?yàn)槿肷潆姶挪ㄔ谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)，Ii1, n，叫分 別為平板波導(dǎo)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(dǎo)的導(dǎo)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(dǎo)模階數(shù)，為不小于零的整數(shù)。
[0008] 進(jìn)一步的，所述諧振結(jié)構(gòu)的形狀相同或不同。
[0009] 進(jìn)一步的，所述諧振結(jié)構(gòu)的尺寸相同或不同。
[0010] 進(jìn)一步的，所述第一介質(zhì)層為空氣層或半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)： 本發(fā)明公開(kāi)了一種非對(duì)稱SRR超材料波導(dǎo)結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，包括平板波導(dǎo)和位于所 述平板波導(dǎo)表面的由金屬非對(duì)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(gè)SRR，其中至少有一個(gè)非對(duì)稱SRR。所述非對(duì)稱SRR的開(kāi)口中心軸線與SRR的中心 軸線的距離s定義為該SRR的不對(duì)稱度。該諧振裝置的超材料包層實(shí)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(dǎo)相位匹配條件的電磁波耦合進(jìn)波導(dǎo)產(chǎn)生導(dǎo)模諧振。 通過(guò)改變超材料諧振單元內(nèi)各SRR的不對(duì)稱度來(lái)調(diào)節(jié)光柵強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)模諧振強(qiáng)度和Q 值的控制。當(dāng)不對(duì)稱度很低時(shí)，可獲得超高Q諧振。此外，還可通過(guò)控制導(dǎo)模諧振與超材料 表面模諧振相互作用，實(shí)現(xiàn)Fano諧振和電磁感應(yīng)透明（ΕΙΤ)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)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(gè)具體實(shí)施例所提供超材料諧振單元的示意圖； 圖2為假設(shè)平板波導(dǎo)材料無(wú)損時(shí)，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(shí)，所述諧振單元沿第二方向的周期長(zhǎng)度Px為320微米，沿 第一方向的周期長(zhǎng)度Py為160微米；兩個(gè)SRR均為正方形金環(huán)，線寬為5微米，邊長(zhǎng)為80 微米，厚度為200納米，且第一 SRR的不對(duì)稱度s為-5,即開(kāi)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(kāi)口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以左，第二SRR的不對(duì)稱度s為+5， 即開(kāi)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(kāi)口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以 右，根據(jù)有限元法計(jì)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(gè)SRR的邊長(zhǎng)為100微米時(shí)，ΤΜ。導(dǎo)模諧振與偶極諧振相互作用產(chǎn)生 電磁感應(yīng)透明（EIT)。
[0015] 圖4為調(diào)整兩個(gè)SRR的邊長(zhǎng)為95微米時(shí)，ΤΜ。導(dǎo)模諧振與偶極諧振相互作用產(chǎn)生 Fano諧振。
【具體實(shí)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(wèn)題。
[0017] 有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種非對(duì)稱SRR超材料波導(dǎo)結(jié)構(gòu)高Q諧振裝置，包 括： 平板波導(dǎo)，所述平板波導(dǎo)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(dǎo)表面的是由多個(gè)沿第一方向延伸的金屬非對(duì)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(gè)SRR，其中至少有一個(gè)非對(duì)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(zhǎng)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(duì)稱SRR的不對(duì)稱度定義為開(kāi)口中心軸線與SRR的中心軸線的距離s，開(kāi)口 位于SRR中心軸線以左s為負(fù)，開(kāi)口位于SRR結(jié)構(gòu)中心軸線以右s為正。當(dāng)s辛0時(shí)，即為 非對(duì)稱SRR結(jié)構(gòu)；反之即為對(duì)稱SRR結(jié)構(gòu)。
[0019] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的超材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括平板波導(dǎo)和位于所述平板波導(dǎo)表面 的由金屬非對(duì)稱SRR諧振單元組成的超材料包層。每個(gè)超材料諧振單元至少有兩個(gè)SRR，其 中至少有一個(gè)非對(duì)稱SRR。所述非對(duì)稱SRR的開(kāi)口中心軸線與SRR中心軸線的距離s定義 為該SRR的不對(duì)稱度。該諧振裝置的超材料包層實(shí)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(dǎo)相位匹配條件的電磁波耦合進(jìn)波導(dǎo)產(chǎn)生導(dǎo)模諧振。通過(guò)改變超材料諧 振單元內(nèi)各SRR的不對(duì)稱度來(lái)調(diào)節(jié)光柵強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)模諧振強(qiáng)度和Q值的控制。當(dāng)不對(duì) 稱度很低時(shí)，可獲得超高Q諧振。此外，還可通過(guò)控制導(dǎo)模諧振與超材料表面模諧振相互作 用，實(shí)現(xiàn)Fano諧振和電磁感應(yīng)透明（EIT)。
[0020] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021] 在以下描述中闡述了具體細(xì)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(lái)實(shí)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(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[002