[发明专利]一种实现电磁诱导透明和完美吸收的双功能器件

说明书

本发明提供的是一种实现电磁诱导透明和完美吸收的双功能器件。该器件在基本单元结构所在平面呈阵列结构，其基本单元结构特征是：由二氧化钒1、二氧化硅2、石墨烯开口环3和石墨烯条带4组成，石墨烯条带4沿长轴方向插到石墨烯开口环3中，与开口环内侧不接触。当二氧化钒电导率较小表现为绝缘体时，该结构可实现电磁诱导透明效果，调节石墨烯的费米能级和二氧化钒的电导率实现对透明窗口和群时延的调节、调制功能；增加二氧化钒电导率表现为金属性时，该结构可实现双频带完美吸收功能，吸收峰可通过控制石墨烯的费米能级来调谐。本发明可用于集成光学设备中的调制器、慢光器件、光开关和完美吸收器等。

技术领域

本发明涉及的是一种实现电磁诱导透明和完美吸收的双功能器件，可用于慢光效应、调制器、光开关和完美吸收等，属于电磁诱导透明和超材料吸波器领域。

背景技术

近年来，由于超材料的多功能性能和潜在应用，如完美的透镜，隐形斗篷，完美吸收器等，吸引了很多研究兴趣。石墨烯由于其高载流迁移率，低传输损耗和可通过外加电压调谐吸引了科研人员的注意。由于费米能量通过改变偏置电压来改变，因此与贵金属相比，石墨烯具有更大的动态调谐潜力。相变材料具有有趣的性质，例如从介质到金属的可切换现象，我们能够在电气，光或热激发下控制相变材料的介电常数和电导率。二氧化钒(VO₂)作为一种相变材料，由于其低相变温度(340K)引起了很多关注。

随着微纳集成光学的发展，微型化、多功能化是一个值得研究的方向。目前的研究大多集中在实现某一功能，这显然降低了超材料的使用效率，因此研究如何在一种结构上实现多功能具有深远意义。目前已经有了关于多功能器件的研究，例如文献一(Z.Song andB.Zhang,“Controlling wideband absorption and electromagnetically inducedtransparency via a phase change material,” Europhys.Lett.129,57003(2020))和文献二(H.Li and J.Yu,Bifunctional terahertz absorber with a tunable andswitchable property between broadband and dual-band,Opt.Express 28,25225-25237(2020))都基于VO₂实现在两种功能间的切换。但都无法对两种功能实现动态可调谐，这降低了实际应用中的便利性和适应性。

本发明公开了一种实现电磁诱导透明和完美吸收的双功能器件。当VO₂为绝缘体时，器件能实现电磁诱导透明效应，通过改变石墨烯费米能级和VO₂的电导率分别实现对透明峰的频移和透射率的调制；当VO₂为金属时，器件变现为完美吸收器，太赫兹范围内产生两个完美吸收峰，改变石墨烯费米能级实现对吸收峰的频移和调制。相比之前的研究，本发明在实现两种功能可切换的同时，能分别对两种功能实现动态调谐，扩展了器件的使用范围，且结构简单易于集成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现电磁诱导透明和完美吸收的双功能器件，具有动态可调谐，易于集成等优点。

本发明的目的是这样实现的：

本发明所提出的一种实现电磁诱导透明和完美吸收的双功能器件的基本特征是：由二氧化钒基底1、二氧化硅2、石墨烯开口环3和石墨烯条带4组成，石墨烯开口环的开口角度为α，将石墨烯条带沿长轴方向插到开口环中，与开口环内侧不接触，相隔距离为d，且石墨烯开口环和石墨烯条带的等离子共振频率接近。

二氧化硅相对介电常数设为3.9，VO₂的相对介电常数可通过Drude模型计算得到：