【摘 要】
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近年来,太赫兹有关技术领域蓬勃发展。超构材料作为一种新型人工复合材料具有普通材料所不具有的奇特性质,可以通过对结构的特定设计获得想要的磁导率和介电常数从而实现操控电磁波的目的。超构材料与太赫兹波相互作用强,因此它被广泛应用在太赫兹技术领域,我们见证了太赫兹超构材料共振器件的快速发展。法诺谐振和电磁诱导透明作为两种典型的谐振效应具有许多奇特的电磁特性,如高Q值、非对称线形、非线性、慢光效应等,它们在
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近年来,太赫兹有关技术领域蓬勃发展。超构材料作为一种新型人工复合材料具有普通材料所不具有的奇特性质,可以通过对结构的特定设计获得想要的磁导率和介电常数从而实现操控电磁波的目的。超构材料与太赫兹波相互作用强,因此它被广泛应用在太赫兹技术领域,我们见证了太赫兹超构材料共振器件的快速发展。法诺谐振和电磁诱导透明作为两种典型的谐振效应具有许多奇特的电磁特性,如高Q值、非对称线形、非线性、慢光效应等,它们在传感、光学开关、通信、光脉冲存储、光信号处理等相关领域具有极大的应用价值。到目前为止,各类太赫兹超构材料共振器件层出不穷,然而多数设计存在着诸如可调谐性不强、谐振响应单一、结构较复杂等问题,这些问题极大的限制了超构材料共振器在太赫兹领域的应用。为了解决上述遇到的科学问题,本文根据相关理论模型基于电磁诱导透明和法诺谐振这两种谐振效应提出了几种新型的太赫兹超构材料共振器,具体研究成果如下:（1）可调谐法诺谐振太赫兹超构材料共振器的设计研究。提出了一种结构简单的“H”型超构材料共振器,该共振器结构对称性轻微破缺后可实现品质因子为43的法诺谐振效应。研究发现不对称度的改变可以对该法诺谐振起到调谐的作用,但是超过了一定范围法诺谐振便会消失,新出现一个宽带透明窗口。此外,单元结构尺寸和入射电磁波偏振角度也对共振器的谐振响应有一定的影响。这种具有高Q值的可调谐法诺谐振太赫兹超构材料共振器可被广泛应用于传感、滤波等领域,亦可为其他研究人员通过对称性破缺实现法诺谐振提供一种新的思路。（2）可调谐双法诺谐振太赫兹超构材料共振器的设计研究。设计了一种类“S”型谐振性能可调的双法诺超构材料共振器,能在0.1-2.5 THz频段范围内实现Q值为41和86的双法诺谐振效应。研究发现,两个法诺谐振的共振频率、透射率以及Q值都受到结构不对称度的调谐,在不同的结构不对称度下两个法诺谐振呈现出完全不同的状态。针对两个法诺谐振谷所做的折射率传感器的FOM值分别为12.9和16.5,满足传感器的工作要求。此外,通过在共振器结构的特定区域引入光敏硅,利用外加光泵浦调节电导率可实现太赫兹光学开关的功能。（3）电磁诱导透明和法诺谐振的双功能太赫兹超构材料共振器的设计研究。提出了一种由方形环谐振器和内嵌的开口环谐振器组成的超构材料共振器,可在0.1-1.4 THz频率范围内同时实现Q值高达123的法诺谐振和透明窗口透射率达85.9%的电磁诱导透明效应。运用耦合理论对两种谐振产生的机理进行了论述分析,并通过谐振频率处的电场分布对谐振物理成因进行了解释说明。研究发现该透明窗口和法诺谐振谷受到多个结构参数的调谐,透射率、谐振频率随着结构参数的改变而发生变化。该太赫兹超构材料双功能共振器在太赫兹传感、滤波等技术领域具有广阔的应用前景。（4）宽带可调控类电磁诱导透明太赫兹超构材料共振器的设计研究。设计了一种由三根金属条组成的超构材料共振器,该共振器能通过多模式耦合叠加的方式获得一个带宽高达1.212 THz的宽带透明窗口。由于该谐振产生的透明窗口并非源自由明暗模式耦合或明明模式耦合实现的电磁诱导透明效应,因此称该谐振为类电磁诱导透明。进一步研究发现,结构参数的改变可实现对共振谷的谐振频率以及透明窗口带宽宽度的调控。最后还简单展望了该共振器在太赫兹光学开关以及通讯领域的应用前景。
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