陶瓷/金属杂化超常材料电磁感应透明效应及调谐机理研究

Electromagnetic metamaterial possesses classical electromagnetically induced transparency (EIT) behavior, around which the light velocity is significantly decreased, indicating great promising application in enhanced nonlinearity field. In this project, we are devoted to ceramic/metal hybrid metamaterial based EIT behavior and related tunability mechanism configuration design and active control influence. Based on Mie resonance theory, ceramic "bright" and "dark" EIT element resonance and coupling effect will be investigated. The influences of ceramic shape, arrangement of elementary cells and local mode distribution for asymmetric structure will be revealed. On this basis, hybrid ceramic/metal microstructure possessing EIT behavior will be developed. The interplay mechanism between Mie resonance and LC resonance will be focused. Furthermore, by employing a related two oscillator model describing EIT behavior with microstructure geometry parameters, the sensitivity of shape parameters on EIT characteristic parameter can be calculated, hence, microstructure design can be optimized. On the other hand, a thermally tunable EIT structure arising from temperature dependent dielectric property of ceramic will be investigated. With two-oscillator model incorporating temperature coefficient, the relationship between temperature and EIT behavior will be studied. As a consequence, a dynamic control method on EIT behavior can be developed. It is believed that this project will be of great scientific interest for slow light, quantum information storage field.

电磁超常材料微结构耦合具有类电磁感应透明效应(Electromagnetically Induced Transparency，EIT)，能极大提高群折射率，在增强非线性等方面具有广泛的应用前景。本项目拟开展陶瓷/金属杂化超常材料EIT效应及其构型设计与温度调谐影响机理研究。由Mie谐振理论出发，研究陶瓷基"明"、"暗"谐振与耦合机理，分析构型、排列等对EIT效应的影响规律，探索破缺结构模态变化规律；通过与金属单元复合形成杂化结构，采用偶极子耦合方法研究Mie谐振与金属LC谐振局域杂化模态，提炼EIT耦合系数，构造EIT特征参数与微结构几何参数的关联模型，求解以EIT特征参数为目标的灵敏度，发展构型优化设计方法；利用陶瓷介电温度可调性，构建含温度系数的EIT双振子模型，研究温度与EIT特征参数的关联性，建立EIT温度调控方法。本项目在EIT慢光效应、量子信息存储等方面具有重要的科学意义。

电磁超常材料微结构耦合具有类电磁感应透明效应，能极大提高群折射率，在增强非线性等方面具有广泛的应用前景。本项目致力于研究和发展介质和金属/介质杂化类EIT人工微结构、可调控柔性人工微结构、温度调控全介质人工微结构、电调控金属人工微结构等。主要取得了以下几方面的成果。.1.利用介质颗粒的米氏谐振，设计出基于光学变换原理的隐形斗篷和基于零折射效应的波前调制器，且通过温度调控能够拓宽其工作频带。.2.利用导电硅橡胶兼具柔性及导电性的特性，设计了基于形变控制的电磁波调制器，并且利用导电硅橡胶热敏特性，设计了热敏带阻滤波器。.3.根据非对称人工微结构产生类EIT效应的机理，基于对称的磁偶级模式和反对称的磁四极模式之间的相消干涉，设计了一对非对称开口环谐振器，相互耦合产生类EIT效应。利用介质颗粒米氏谐振和模式之间的相互耦合，发展了基于磁偶级模式的明单元全介质类EIT人工微结构，在8.9 GHz处其EIT透射峰群折射率高达55；设计了风车状各向同性类EIT人工微结构，在0.483 THz附近产生一个类EIT透射峰，克服了入射电磁波的偏振态受限制的缺点；设计了钛酸钙陶瓷五聚体，利用四周的四聚体与中心陶瓷块的相互耦合，产生类EIT效应，群延迟可达10 ns。.4.鉴于类EIT人工微结构工作带宽窄的问题，设计了可调控类EIT人工微结构。设计了非对称钛酸锶钡陶瓷杆对以及由工字型金属杆和钛酸锶钡陶瓷块形成的杂化类EIT人工微结构，并且探究了类EIT效应的温度调控行为；基于金属人工微结构的LC谐振电路模型，通过向金属类EIT人工微结构中引入变容二极管，改变外部压使得其等效电容改变，从而调控其类EIT效应的工作频率。.在项目执行过程中，部分研究结果已整理发表SCI论文17篇，其中影响因子大于3的15篇，申请国家发明专利6项；培养博士研究生2人，硕士研究生6人，毕业硕士2人，项目负责人于2015年被评选为“陕西省青年科技新星”。