一種非對稱開口環超材料波導結構高Q諧振裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種非對稱開口環（SRR）超材料波導結構高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生導模諧振。通過改變超材料諧振單元內各SRR的不對稱度來調節光柵強度，可實現導模諧振強度和Q值的控制。當不對稱度很低時，可獲得超高Q諧振。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及超材料
，尤其涉及一種超材料諧振裝置。
技術介紹
Q值（quality factor，品質因子)是諧振峰的一個重要參數，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。 導模諧振是由于電磁波耦合進波導而形成的，其能量局限于介質波導內，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生導模諧振。但是由于超材料結構的復雜性、 參數的多樣性，不同結構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 幾種超材料結構的設計方法，本申請人又專利技術了一種另外的設計方法，也能同樣解決超材 料中諧振峰Q值不高的技術問題。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術實施例提供了一種非對稱開口環（SRR)超材料波導 結構高Q諧振裝置，以提高超材料諧振裝置的諧振品質因子。 為解決上述問題，本專利技術實施例提供了如下技術方案： 一種非對稱SRR超材料波導結構高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層、第二介質層以及位于所述第一介質層和第 二介質層之間的第三介質層，其中，所述第一介質層和第二介質層的折射率均小于所述第 三介質層的折射率； 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 內沿第二方向SRR的數量，所述第二方向垂直于所述第一方向。 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結構中心軸線以右s為正，當s辛0 時，即為非對稱SRR結構；反之即為對稱SRR結構。 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 經過光柵調制后的衍射角；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層、第三介質層和第二介質層的折射率；d為第三介質層的厚度； 屢為平板波導的導模角；:?為第三介質層與第一介質層界面上全反射相移；^為第三介質 層和第二介質層界面上全反射相移；N為導模階數，為不小于零的整數。 進一步的，所述諧振結構的形狀相同或不同。 進一步的，所述諧振結構的尺寸相同或不同。 進一步的，所述第一介質層為空氣層或半導體材料層或介質材料層或聚合物材料 層；所述第二介質層為空氣層或半導體材料層或介質材料層或聚合物材料層；所述第三介 質層為半導體材料層、介質材料層或聚合物材料層。 與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點： 本專利技術公開了一種非對稱SRR超材料波導結構高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生導模諧振。 通過改變超材料諧振單元內各SRR的不對稱度來調節光柵強度，可實現導模諧振強度和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Fano諧振和電磁感應透明（ΕΙΤ)。【附圖說明】 為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術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專利技術 的一個實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據 這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為本專利技術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，所述第三介質層的厚 度為50微米、介電常數為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，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結構的中 心軸線的距離為5微米且開口位于SRR結構中心軸線以左，第二SRR的不對稱度s為+5， 即開口的中心軸線與SRR結構的中心軸線的距離為5微米且開口位于SRR結構中心軸線以 右，根據有限元法計算得到的在〇. 2ΤΗΖ-1. 2ΤΗζ范圍內的透射率譜曲線示意圖。 圖3為調整兩個SRR的邊長為100微米時，ΤΜ。導模諧振與偶極諧振相互作用產生 電磁感應透明（EIT)。 圖4為調整兩個SRR的邊長為95微米時，ΤΜ。導模諧振與偶極諧振相互作用產生 Fano諧振。【具體實施方式】 正如
技術介紹
部分所述，如何提高諧振品質因子，成為本領域技術人員亟待解決 的技術問題。 有鑒于此，本專利技術實施例提供了一種非對稱SRR超材料波導結構高Q諧振裝置，包 括： 平板波導，所述平板波導包括第一介質層、第二介質層以及位于所述第一介質層和第 二介質層之間的第三介質層，其中，所述第一介質層和第二介質層的折射率均小于所述第 三介質層的折射率； 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 內沿第二方向SRR的數量，所述第二方向垂直于所述第一方向。 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結構中心軸線以右s為正。當s辛0時，即為 非對稱SRR結構；反之即為對稱SRR結構。 本專利技術實施例所提供的超材料結構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生導模諧振。通過本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種非對稱開口環（SRR）超材料波導結構高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層、第二介質層以及位于所述第一介質層和第二介質層之間的第三介質層，其中，所述第一介質層和第二介質層的折射率均小于所述第三介質層的折射率；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為諧振單元內沿第二方向SRR的數量，所述第二方向垂直于所述第一方向。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：洪治，陳航，
申請(專利權)人：中國計量學院，
類型：發明
國別省市：浙江;33