电场调控器件的EIA效应实验及原理分析

为了印证上述分析,进一步研究了在θ=90°时该超材料器件的电场调控特性,原理示意图如图8.23(a)所示。在这种情况下,入射光偏振态垂直于谐振环的开口方向,所以当E=0 k V/m时,在0.86 THz频率处有谐振峰出现。当偏置电场平行于y轴时,液晶层由光学各向同性介质转变为各向异性介质,偏振旋转角β不为0。结合式(8.10)和式(8.11)可得,在I x和I y分量之间存在能量转移过程,并且由于液晶层的相移Δδ相同,两模式之间形成相长干涉。可以预测,随着偏置电压的增大,超材料的透射光谱线将会逐渐降低,并且在原有的透射光谱线中出现一个谐振谷。

图8.23　(www.xing528.com)

(a)θ=90°时液晶超材料电磁致诱导吸收的示意图;(b)不同电场强度的透过率谱线[18]

透射光谱的实验结果如图8.23(b)所示,在电场强度E从0增至6 k V/m的过程中,在1.02 THz处逐渐形成一个谐振谷,调制深度为10.5 dB,带宽为320 GHz。实验表明该器件实现了电磁致诱导吸收现象,并与理论预期吻合。所以,利用本章设计的超材料器件可以实现对电磁致诱导透明和电磁致诱导吸收现象的有效调控。

本小节设计并制备了一种涂覆液晶层的超材料器件,实现了对THz波电磁致诱导透明和电磁致诱导吸收的主动调控功能。利用外加电场的调控方式对该超材料器件的调控特性进行了实验研究,结果表明,在THz波段该器件EIT和EIA的调制深度分别为18.3 dB和10.5 dB。进一步的理论分析发现,上述现象是由于在超材料结构中明模式和暗模式的相干耦合导致的,并且对应的相干过程可以通过液晶层进行电场调控。在该器件中,电场驱动的液晶层起到了相位延迟器和偏振转换器的作用。