【摘要】：電磁感應(yīng)透明(electromagnetically induced transparency,EIT)是在三能級(jí)原子系統(tǒng)中發(fā)生的一種量子干涉現(xiàn)象,由不同激發(fā)躍遷途徑之間的量子相消干涉造成,它可以產(chǎn)生一個(gè)很窄的透明窗口,使光可以自由通過(guò)一個(gè)原本高度不透明的介質(zhì)傳播。早前關(guān)于電磁感應(yīng)透明的研究大多集中在氣體介質(zhì)方面,然而這需要強(qiáng)激光和低溫等苛刻的實(shí)驗(yàn)條件。等離子體金屬超材料實(shí)現(xiàn)的電磁感應(yīng)透明無(wú)法避免歐姆損耗。而基于介電超材料的電磁感應(yīng)透明可以避免以上這些不利條件。因此,基于低損耗的全介電硅超材料的電磁感應(yīng)透明效應(yīng)吸引了很多關(guān)注。電磁感應(yīng)透明效應(yīng)具有高透射率和強(qiáng)色散等優(yōu)良特性,在慢光器件、量子信息存儲(chǔ)、光學(xué)傳感器和非線性光學(xué)等方面都有重要的應(yīng)用。本論文利用時(shí)域有限差分法(FDTD)理論模擬了基于全介電硅超材料的電磁感應(yīng)透明效應(yīng)。主要工作如下:(1)提出了由三個(gè)硅納米棒組成的呈周期排列的U型超材料結(jié)構(gòu)。一個(gè)水平納米棒充當(dāng)明模諧振器,兩個(gè)豎直納米棒充當(dāng)暗模諧振器。兩種諧振器之間的相消干涉導(dǎo)致了電磁感應(yīng)透明。得到的透射率為92%,Q因子為130。分別改變單元結(jié)構(gòu)周期、入射光偏振角度和環(huán)境介質(zhì)折射率來(lái)探究電磁感應(yīng)透明窗口的變化趨勢(shì)。得到了一種靈敏度為203 nm/RIU,FOM為29的納米尺度超材料折射率傳感器。通過(guò)對(duì)透射窗口相位變化的分析,得到光延遲為0.75 ps,顯示在慢光器件方面的應(yīng)用潛力。(2)進(jìn)一步提出一種π型硅超材料結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁感應(yīng)透明,得到了高達(dá)2436的Q因子。分別改變單元結(jié)構(gòu)周期和環(huán)境介質(zhì)折射率來(lái)探究電磁感應(yīng)透明效應(yīng)的變化趨勢(shì)。研究了明模諧振器和暗模諧振器之間的間距對(duì)電磁感應(yīng)透明效應(yīng)的影響。同時(shí),通過(guò)對(duì)兩種諧振器之間的間距進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整,可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)增強(qiáng)。所設(shè)計(jì)的超材料結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境介質(zhì)的靈敏度為184 nm/RIU,FOM高達(dá)460,可以應(yīng)用到光學(xué)傳感和表面增強(qiáng)光譜等方面。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O431.2
【圖文】：

[21]，將原子的三個(gè)能級(jí)標(biāo)記為|1>、|2>和|3>，如圖1-1所示。圖1-1 用于EIT測(cè)量的三能級(jí)原子系統(tǒng)的不同模型（a）階梯型（b）Λ型（c）V型[22]

合光ΩC時(shí)，兩個(gè)能級(jí)發(fā)生強(qiáng)烈耦合，促使激發(fā)態(tài)能級(jí)|3>劈裂成為圖1-2（b）所示的|+>和|->兩個(gè)綴飾態(tài)能級(jí)。因此，在弱探測(cè)光ΩP的作用下，原子由基態(tài)能級(jí)|1>向高能級(jí)躍遷的過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生|1>→|+>和|1>→|->兩種可能的躍遷途徑。兩個(gè)不同的躍遷途徑之間發(fā)生了相消性的量子干涉，導(dǎo)致了原子系統(tǒng)在共振頻率處對(duì)探測(cè)光的吸收顯著減少，從而產(chǎn)生EIT現(xiàn)象。圖1-2（a）Λ型三能級(jí)原子系統(tǒng)能級(jí)示意圖，（b）Λ型三能級(jí)原子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的綴飾態(tài)能級(jí)圖[22]另一種解釋EIT效應(yīng)的方法采用的是量子干涉的概念[22,26-28]。這種理論認(rèn)為基態(tài)能級(jí)|1>到激發(fā)態(tài)能級(jí)態(tài)|3>的躍遷可能包含兩條不同的躍遷通道，即弱探測(cè)場(chǎng)

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本文編號(hào)：2735172