一种极化无关的电磁感应透明超材料结构制造技术

一种极化无关的电磁感应透明超材料结构，属于超材料技术领域，解决了现有非对称结构的电磁感应透明超材料的电磁感应透明特性受限于入射波极化方向稳定度的问题。本发明专利技术所述的电磁感应透明超材料结构包括介质基板和风车形金属单元，介质基板为正方形，风车形金属单元包括第一金属线～第四金属线，四者的形状和尺寸均相同。第一金属线为由长线和两条短线构成的直角Z形结构，第一金属线～第四金属线共平面且长边共形心地刻蚀在介质基板上。对于介质基板上的第一金属线～第四金属线，前者逆时针旋转45°后与后者重合。本发明专利技术所述的电磁感应透明超材料结构基于金属线之间散射电磁场的破坏性耦合来模拟实现电磁感应透明效应。

【技术实现步骤摘要】
一种极化无关的电磁感应透明超材料结构
本专利技术涉及一种电磁感应透明超材料结构，属于超材料

技术介绍
电磁感应透明效应是原子系统中的一种量子相干效应，其会导致不透明介质在一个非常窄的频谱区域内展现为透明态，并使入射波发生强烈的色散效应。因此，电磁感应透明效应在减慢光速和提高传感器敏感度等研究领域具有极其重要的应用。近年来，用于模拟电磁感应透明效应的超材料也受到了越来越多的关注。目前，研究人员已经在微波、太赫兹波和光波段的超材料中成功模拟了电磁感应透明效应。这些方案中的超材料通常为基于亮、暗模谐振或缺陷模谐振的特定谐振器结构，这类超材料因利用谐振模之间的破坏性干涉来诱导电磁感应透明效应而导致自身结构的非对称性。然而，这类非对称结构超材料的电磁感应透明特性高度依赖于入射波极化方向的稳定，当入射波的极化方向发生变化时，这类超材料的电磁感应透明特性会减弱甚至是消失，这严重限制了这类超材料的应用。
技术实现思路
本专利技术为解决现有非对称结构的电磁感应透明超材料的电磁感应透明特性受限于入射波极化方向稳定度的问题，提出了一种极化无关的电磁感应透明超材料结构。本专利技术所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构包括介质基板和风车形金属单元；介质基板为正方形；风车形金属单元包括第一金属线～第四金属线，四者的形状和尺寸均相同；第一金属线为由长线和两条短线构成的直角Z形结构；第一金属线～第四金属线共平面且长边共形心地刻蚀在介质基板上；对于介质基板上的第一金属线～第四金属线，前者逆时针旋转45°后与后者重合。作为优选的是，介质基板的边长为19mm，厚度为1mm，相对介电常数为4.3，损耗角正切为0.01。作为优选的是，第一金属线的长线的两端分别与两条短线的外接端重合；第一金属线的线宽为1mm，长线长度为16.5mm，短线长度为3mm。作为优选的是，介质基板与风车形金属单元共形心。本专利技术所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构，其介质基板上刻蚀有风车形金属单元。风车形金属单元包括直角Z形的第一金属线～第四金属线，第一金属线～第四金属线的旋转角度均不同，相邻的两条金属线之间的夹角为45°。所述电磁感应透明超材料结构基于金属线之间散射电磁场的破坏性耦合来模拟电磁感应透明效应。与现有非对称结构的电磁感应透明超材料相比，本专利技术所述的电磁感应透明超材料结构具有高度的对称性。因此，本专利技术所述的电磁感应透明超材料结构的电磁感应透明特性与入射波的极化方向无关。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构进行更详细的描述，其中：图1为实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构的结构示意图；图2为实施例提及的电磁感应透明超材料的实物图；图3为实施例提及的y极化电磁波入射时第一金属线2、第二金属线3和第四金属线5以及第一金属线2～第四金属线5的仿真传输谱线图；图4为实施例提及的不同极化方向的线极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的仿真传输谱线图；图5为实施例提及的不同极化方向的线极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的测试传输谱线图；图6为实施例提及的左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的仿真传输谱线图；图7为实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构的有效群指数和有效折射率虚部的仿真图；图8为实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构在三种不同相对介电常数的介质中的仿真传输谱线图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构进一步说明。实施例：下面结合图1～图8详细地说明本实施例。本实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构包括介质基板1和风车形金属单元；介质基板1为正方形；风车形金属单元包括形状与尺寸均相同的第一金属线2、第二金属线3、第三金属线4和第四金属线5；第一金属线2为由长线和两条短线构成的直角Z形结构；第一金属线2、第二金属线3、第三金属线4和第四金属线5共平面且长边共形心地刻蚀在介质基板1上；对于介质基板1上的第一金属线2、第二金属线3、第三金属线4和第四金属线5，前者逆时针旋转45°后与后者重合。本实施例的介质基板1的边长a为19mm，厚度为1mm，相对介电常数为4.3，损耗角正切为0.01。本实施例的介质基板1采用FR4板。本实施例的第一金属线的长线的两端分别与两条短线的外接端重合，线宽w＝1mm，长线长度h＝16.5mm，短线长度l＝3mm。本实施例的介质基板1与风车形金属单元共形心。本实施例的第一金属线2、第二金属线3、第三金属线4和第四金属线5均为铜线。下面结合仿真结果和实际测试结果说明本实施例所述的电磁感应透明超材料结构的电磁感应透明特性与入射波的极化方向无关：图3为y极化电磁波入射时第一金属线2、第二金属线3和第四金属线5以及第一金属线2～第四金属线5的仿真传输谱线图。如图3所示，第一金属线2在5.1GHz处产生一个传输谐振，品质因数约为2.0(品质因数＝谐振频率/半波带宽)。第二金属线3和第四金属线5在5.9GHz处产生一个传输谐振，品质因数约为2.2。因此，将第一金属线2作为亮态谐振器，将第二金属线3和第四金属线5作为准暗态谐振器，并利用金属线之间的近场耦合，使得一个中心频率为6.1GHz的透明窗出现在传输谱中，即图中实线。图4为不同极化方向线极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的仿真传输谱线图，图5为不同极化方向线极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的测试传输谱线图。根据图4和图5可知：对于不同极化方向的线极化入射电磁波，透明窗的谐振频率和谐振峰值都保持稳定，并且测试结果与仿真结果吻合较好。因此，本实施例所述的电磁感应透明超材料结构的电磁感应透明特性与入射波的极化方向无关。图6为左旋圆极化电磁波和右旋圆极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的仿真传输谱线图。如图6所示，左旋圆极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的仿真传输谱线与右旋圆极化电磁波入射时电磁感应透明超材料结构的仿真传输谱线重合，无论对于左旋圆极化电磁波还是右旋圆极化电磁波，同样的透明窗仍然出现在传输谱中。因此，本实施例所述的电磁感应透明超材料结构对于线极化入射电磁波和圆极化入射电磁波都展现出极化无关的电磁感应透明特性。本实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构还能够应用于低损耗的慢光传输。图7为实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构的有效群指数和有效折射率虚部的仿真图。如图7所示，在透明窗中，有效群指数约为125，有效折射率虚部非常小，这意味着所述电磁感应透明超材料结构不仅能够将入射电磁波的波速降低为原来波速的1/125，还能够实现低损耗传输。本实施例所述的极化无关的电磁感应透明超材料结构还可用作基于折射率的传感器。为了评价传感器的传感性能，将所述电磁感应透明超材料结构引入到三种不同的介质中，仿真传输谱如图8所示。根据图8可知：当介质的相对介电常数不同时(也就是折射率不同时)，透明窗发生了明显的谐振偏移，其灵敏值(灵敏值＝敏感度/半波带宽，敏感度＝谐振波长偏移量/折射率变化量)约为8.73，其传感性能优于非对称开口环结构。因此，本实施例所述的电磁感应透明超材料结构也可应用于环境、化学传感领域。通过对本实施例所述的极化无关的电磁感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极化无关的电磁感应透明超材料结构，其特征在于，所述电磁感应透明超材料结构包括介质基板和风车形金属单元；介质基板为正方形；风车形金属单元包括第一金属线～第四金属线，四者的形状和尺寸均相同；第一金属线为由长线和两条短线构成的直角Z形结构；第一金属线～第四金属线共平面且长边共形心地刻蚀在介质基板上；对于介质基板上的第一金属线～第四金属线，前者逆时针旋转45°后与后者重合。

【技术特征摘要】
1.一种极化无关的电磁感应透明超材料结构，其特征在于，所述电磁感应透明超材料结构包括介质基板和风车形金属单元；介质基板为正方形；风车形金属单元包括第一金属线～第四金属线，四者的形状和尺寸均相同；第一金属线为由长线和两条短线构成的直角Z形结构；第一金属线～第四金属线共平面且长边共形心地刻蚀在介质基板上；对于介质基板上的第一金属线～第四金属线，前者逆时针旋转45°后与后者重合。2.如权利要求1所述的极化无关...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱磊，董亮，郭靖，李泰成，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，中北大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23