基于复合超材料的多种结构的太赫兹频率开关

摘要

超材料可以应用于调制器,能够吸收特定频率的太赫兹波。然而当超材料的结构参数一旦确定,就只能在特定的共振频率产生完美吸收。设计了三种复合超材料结构探究复合超材料的共振,这三种结构的超材料均以石英为衬底,在该基底上加工一层具有开口的金属谐振环。三种结构分别是单开口的金属谐振圆环,单开口的金属谐振方框和不对称双开口的金属谐振方框。在三种结构的开口中填入光敏材料氧化铟,改变氧化铟的电导率对这些复合超材料结构的太赫兹的调制特性进行了研究,同时对三种结构太赫兹频率开关的不同共振频率的电场分布进行了数值模拟。对于单开口不同形状的金属谐振环,共振频率不同,但都随着氧化铟电导率的增加,共振峰的吸收强度逐渐减小,从对应的电场分布图中可以看到,随着氧化铟电导率的增加,间隙边缘处的场强越来越弱,谐振峰吸收强度也就越来越弱,这个过程可以被认为是太赫兹波在共振频率的动态开关。对于不对称双开口的金属谐振方框,在偏离金属框中央处的开口填入氧化铟,这个结构可以看到两个谐振峰,随着电导率的增加,一个谐振峰吸收强度逐渐减弱,而另一个谐振峰吸收强度无明显变化,由此可得吸收强度随电导率增加而减弱的谐振峰为法诺共振,而另一个吸收强度一直无明显变化的谐振峰为偶极共振。从对应场分布图可以看到,法诺共振入射的太赫兹波的能量主要集中在金属谐振环的右侧金属臂上,而且随着电导率的增大,右侧金属臂的间隙处积累的电荷越来越多;而偶极共振入射的太赫兹波的能量主要集中在金属谐振环的左侧金属臂上,电导率增加,偶极共振的电场分布无明显变化。