[发明专利]一种高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置

说明书

本发明公开了一种高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置，包括基底和位于基底表面上的呈二维周期性分布的介质谐振单元，基底由介质材料制作，所述介质谐振单元由两个介质开口环组成，所述两个介质开口环相互靠近的部位为相互平行的直介质条，且所述直介质条之间的间隔g2需要满足0.01λ≤g2≤0.1λ；所述两个介质开口环的开口大小相等，开口方向都平行于所述相互平行的直介质条，且开口环的开口大小g1需要满足g1≤0.05λ；所述开口方向指连接开口两侧介质条末端中心的线条所在的方向。其中，λ为所述谐振装置的谐振中心波长。介质谐振单元的介电常数大于基底的介电常数。在电磁波垂直于介质谐振单元的上表面入射且电场偏振方向平行介质开口环的开口方向的情况下，可产生环形偶极谐振，实现极高的Q值。

技术领域

本发明涉及一种产生环形偶极谐振的全介质超材料谐振装置，属于超材料技术领域。

背景技术

在自然界物质中，除了最基本的两大多极子系统（即电多极子和磁多极子）外，还存在着一种特殊的电磁激发现象——环形多极子激发。环形偶极子作为其最基本的成员，具有很多新颖的电磁特性，它可以等效为沿着螺旋环的径向流动的电流，在环的子午面上形成首尾相接的等效磁偶极子，从而产生轴向上的环形偶极子。近些年来，电磁超介质由于其单元构造的任意性和目的性，使得増强环形偶极子的响应到可观测量级成为可能。超材料类环形偶极子响应由于其新颖的电磁特性，可以产生较高的品质因子的谐振而成为纳米光子领域的焦点。高品质因子的谐振在低损耗的慢光器件和高灵敏度的光学传感器中都有重要的应用。

目前对金属超材料谐振器中实现高Q环形偶极子响应，其存在着一个缺点就是耗散损耗大。这主要源于金属谐振器的欧姆损耗，本质上阻碍了环形偶极子谐振并削弱了其与外界场的耦合。虽然全介质超材料可以克服金属损耗和辐射损耗，为实现高Q环形偶极谐振提供了可能性。但是由于谐振激发的机理不同，基于金属设计的谐振结构并不能应用到介质材料中。因此，目前高品质因子及实现高Q环形偶极谐振的全介质超材料设计方法还很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置，以克服现有技术的全部或部分缺陷。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置，其特征在于：包括基底和位于基底表面上的呈二维周期性分布的介质谐振单元，所述基底由介质材料制作，所述介质谐振单元由两个镜像对称的介质开口环组成，所述两个介质开口环相互靠近的部位为相互平行的直介质条；所述两个介质开口环的开口大小相等，开口方向都平行于所述相互平行的直介质条；所述开口方向指连接开口两侧介质条末端中心的线条所在的方向；所述介质谐振单元的介电常数大于基底的介电常数。

进一步地，所述开口环的开口大小g1需要满足g1≤0.05λ，其中λ为所述谐振装置的谐振中心波长。

进一步地，所述两个介质开口环相互靠近的直介质条之间的间隔g2需要满足0.01λ≤g2≤0.1λ，其中λ为所述谐振装置的谐振中心波长。

进一步地，入射电磁波传播方向与所述介质谐振单元的上表面垂直，且入射电磁波的电场偏振方向与所述介质开口环的开口方向平行。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置能够产生环形偶极谐振，实现极高的Q值，同时结构设计简单，易于加工。本发明在生物传感、非线性装置及光纳米器件中都有重要的应用。

附图说明

图1为本发明一种高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置的结构示意图（部分）；

图2为图1的仰视图；其中介质谐振单元1固定在基底2的上表面；

图3为图1所示的高品质因子全介质超材料环形偶极谐振装置根据有限元法计算得到的在1400-1600纳米的透过率谱曲线图；