太赫兹介质超构表面类电磁诱导透明研究

Analogue of electromagnetic induced transparency (EIT) in dielectric metasurfaces has great potential applications in terahertz filtering, modulating, sensing and slow light based devices, which is also a cutting edge research field. Several novel metasurface structures and methods on realization of EIT like response with high Q factors are proposed and will be detailly studied both theoretically and experimentally in this project. The main research and goals include: the theory and structure design for electric dipole, magnetic dipole, and toroidal dipole with high Q in all dielectric metasurce; the mechanics and modeling of coherent interaction between two high Q and low Q Mie resonances in all dielectric metasurfaces, or one high Q Mie resonance and one low Q plasmonic resonance in dielectric-plasmonic metasurfaces; the different realization ways of EIT-like response and its controlling of resonance bandwidth and strength; the fabrication of single layer and bilayer all dielectric or dielectric-plasmonic metasurfaces, and its high-resolution THz spectral measurement and applications in refractive index sensing for bio-chemical samples. We believe all this will lay solid foundations for developing such high Q EIT-like devices and future applications as well.

介质超构表面类电磁诱导透明（EIT）在太赫兹波滤波、调制、传感及慢波器件中具有重要的应用前景，成为目前国际上研究热点。本项目提出了几种实现高Q类EIT的新颖超构表面结构器件和设计方法，并对其进行系统的理论、实验及应用研究。主要研究内容和目标包括：全介质超构表面中高Q电偶极、磁偶极及环偶极谐振响应的理论和结构设计；研究同层及不同层全介质超构表面中两个高低Q Mie电磁谐振之间的相干相互作用途径、机理及数学建模，研究实现基于环偶极的高Q类EIT谐振响应方法；研究建立金属与介质组合超构表面中Mie谐振和表面等离子体波谐振之间的相互作用机理模型，掌握实现类EIT的结构设计和性能调控方法；研究实现全介质超构表面和组合超构表面类EIT谐振器件的制作、高分辨光谱检测以及折射率传感、生物素测量等应用。本项研究将为丰富和发展超构表面高Q类EIT器件，并推动其应用打下坚实的基础。

高品质因子（Q）介质超构表面类电磁诱导透明（EIT）在太赫兹滤波、调制、高灵敏度传感及慢波器件中具有重要的应用前景。然而，在太赫兹波段由于材料的吸收损耗、超表面结构设计加工及高信噪比高分辨率波谱测量等，超表面中获得高 Q 谐振仍然是一项挑战性的工作。.本项目主要研究内容包括：介质超构表面（环偶、Anapole及BIC等超表面）高Q谐振响应的理论和结构设计；研究同层/不同层全介质超构表面或金属与介质组合超构表面中,两个高低Q 谐振之间的相互作用途径机理及数学建模，掌握实现高Q类EIT谐振的结构设计和性能调控方法；研究实现超构表面高Q谐振器件的制作、高分辨光谱测量及应用。.我们设计并实现了一种基于连续域束缚态（BIC）全硅太赫兹高Q超表面。高分辨太赫兹谱实验测量获得的准 BIC谐振的Q值高达1049，为目前国际报道最高Q值的4倍以上,实现了项目的主要研究目标。并利用该高Q超表面，实现了一种具有超低激发功率的太赫兹强度调制器。首次提出并设计了一种一维二维组合全介质或金属/介质组合双层超表面，通过电磁谐振与理想BIC或准BIC相互耦合作用实现了高透过率高Q 类EIT响应。这种独特结构EIT超表面对双层超表面的横向相对位移很不敏感，具有很好的鲁棒性，大大降低了器件制备及集成的难度。.研究工作为丰富和发展超构表面高Q电磁谐振及类EIT谐振器件的理论和结构设计，并推动其应用打下了坚实的基础。