基于CST的电磁感应透明设计与机制研究

前言

电磁感应透明（EIT）最早在量子力学中提出，但是量子系统实验条件十分苛刻且费用较高，超材料的出现对电磁感应透明的研究提供了一种新的方法。利用超材料单元结构设计灵活，通过排列不同结构可以实现操控电磁波而且能够在常温下实现类 EIT 效应，极大地降低了量子系统中 EIT 效应的苛刻实验条件，吸引了广大研究人员的兴趣与研究。EIT 超表面的窄带、高效透射窗口可用作滤波器和光开关器件。依据 Kramers-Kronig 关系，吸收频谱的强烈色散效应将导致折射率的剧烈变化，因此 EIT 透明窗口频率处的群折射率增加并导致群速度降低，利用该效应可将 EIT 介质制作为慢光器件。同时，EIT超表面对于一些特殊物质的灵敏度较高，也可以只作为超表面传感器。

单元结构设计

这里为了方便起见，采用最简单的EIT结构（CW和SSR耦合）为例，模型如下：

本文的设计频段为0.4-0.8THz频段，入射光偏振方向为y方向。仿真结构如下：

电场和表面电流分析

从上图可知，EIT的产生频率为0.627THz附近。EIT处的电场和表面电流图分布如下：

从图中可以看出，SSR的电场强度和表面电流强度均大于CW结构上的强度，通过单独仿真CW和SSR可以得到其单独响应的对应谱线，在y极化方向上，CW被激发，SSR不能被激发，但由于两个结构有耦合因此可以产生EIT现象。

拟合计算

基于EIT是由于两个结构耦合产生，可以利用耦合模方程对仿真谱线进行计算验证，计算结果如下：

通过调整超表面单元的结构参数，我们可以实现不同频率段下的EIT结构设计，同时也可以通过耦合模方程对其的产生机制进行研究和理论计算。