特异材料电磁感应透明的动力学调控研究

This program plans to investigate the dynamic control of electromagnetically induced transparency (EIT) in metamaterials. It mainly focuses on the following aspects. First of all, we start from the basic physics of EIT, and investigate the mechanism of dynamic control of EIT. We will study the influence of the key parameters of metamaterial structure on EIT, and realize the dynamic control of EIT in various ways. Second, we will investigate the transport behavior of the electromagnetic pluse in matematerials under the dynamic control of EIT, and figure out the mechanism of action of dynamic controlled EIT on the wave propagation. Finally, basing on our preliminary work, we can investigate the electromagnetic wave storage and release in dynamic controlled EIT metamaterials, and explore the possible application in information processing. Researches of the dynamic control of EIT in metamaterials not only deepen people's understanding of basic physics, but also are instructive for the application of metamaterials and the development of the related dynamic device.

本项目围绕特异材料人工电磁微结构中的电磁感应透明现象，对经典电磁感应透明的动力学调控进行研究。项目主要从以下几个方面展开：首先，从电磁感应透明的基本物理出发，研究特异材料经典电磁感应透明的调控机理。我们将研究特异材料关键参量对电磁感应透明的调节，实现对电磁感应透明现象的多种动力学调控。第二，通过理论和微波实验，研究电磁波在动力学调控的EIT特异材料中的输运特性，弄清电磁感应透明动力学调控影响电磁波输运的物理机制。第三，在前期工作的基础上，研究基于电磁感应透明动力学调控的电磁波存储与释放，探索特异材料在信息处理中的可能应用。对特异材料电磁感应透明的动力学调控进行研究，不但能够加深人们对基本物理的理解，而且对特异材料的应用和有关动力学器件的研制具有指导意义。

利用特异材料类比量子光学中的电磁感应透明现象，并通过改变加载的电阻值和电容值对其进行动力学调控。首先利用单根梳状线作为“亮态”原子，加载可调电阻和固定电容的单个开口谐振环作为“暗态”原子，实现类电磁感应透明现象(EIT)。通过仿真和实验，得到了“暗态”原子吸收损耗固定情况下，随着耦合强度的减小，EIT频率处的透射率逐渐减小，反射率逐渐增大，吸收率呈现先增大后减小的趋势。与此同时，群延时变大，慢波效应明显，但透明窗口逐渐变窄，慢波带宽变窄。耦合强度固定情况下，随着吸收损耗的增大，EIT处的透射率逐渐减小，反射率逐渐增大，吸收同样呈现先增大后减小的趋势。群延时变小，慢波效应减弱。此研究结果有望对设计深亚波长尺度的滤波及慢波功能器件提供原理性指导。其次，通过同时调节加载在梳状线上的电容和开口谐振环上的电容，实现了单峰类EIT的被动调谐功能。同时调节梳状线和两个开口谐振环上的电容实现了双峰类EIT的被动调谐功能。相比单峰类EIT现象，双峰类EIT现象可以明显增大群延时时间。此研究结果可用于设计光开关、光存储器等。第三，利用两个开口谐振环人造原子实现二态非厄米系统。通过调节加载在开口谐振环上的电阻实现了二态非厄米系统的奇异点。通过仿真实现微波段奇异点的相干完美吸收现象，同时研究了奇异点附近，系统本征频率对耦合强度及损耗变化的灵敏度，得到微小信号的灵敏度在奇异点附近最高。最后，利用四个开口谐振环人造原子构建了四态非厄米系统。通过记录电磁波开放系统相干吸收峰频率随损耗的变化，研究了非厄米系统本征值的各种演化轨迹。研究结果表明，四态非厄米系统的本征态通过不同的方式合并，可以形成五种奇异点；其中，由两个以上本征态合并产生的奇异点，称为高阶奇异点。高阶奇异点比低阶奇异点有更高的灵敏度。此研究结果有望对设计平面易集成小型化高灵敏度传感器提供理论依据。