本书首先重点介绍了EIT超介质的产生背景、基本特性、发展现状和应用领域；然后详细介绍了金属结构EIT超介质的研究方法、建模方法、计算仿真、实验验证以及在改善和优化微波器件性能方面的应用等内容；最后对全介质EIT超介质的构造方法、仿真验证以及在太赫兹领域的应用情况做了全面的介绍。本书力求以简单易读的语言来描述相关知识点，将理论与实践、仿真与实验相结合，把历年来所积累的相关研究成果展现出来，为在国内普及EIT超介质基本理论、培养相关人才、促进EIT超介质研究领域在国内的蓬勃发展作出自己相应的贡献。

本书可作为电子信息工程、通信工程、电磁场与电磁波、物理等专业硕士研究生、博士研究生的参考教材，也可作为高校教师、电磁工程技术人员、研究人员和广大科技工作者的参考书。

近年来，在超介质中模拟实现电磁感应透明（Electromagnetically Induced Transparence, EIT）现象日益受到电磁学、物理学、材料学等领域的关注，也是目前超介质研究领域的热点问题之一。因此，作者希望能够基于自己多年在该领域从事科学研究积累的成果，通过本书向广大读者介绍EIT超介质的发展现状以及应用领域等相关知识。

EIT超介质的概念最早是由S.Zhang等在2008年提出的，他们指出在超介质结构单元中加入一种特殊的谐振结构（即暗态谐振单元）后可以模拟实现原子系统中的EIT效应，并将这种具有模拟EIT效应的超介质称为EIT超介质。2009年，Tassin等通过在经典电磁学领域模拟原子系统中的EIT效应在太赫兹波段实现了一种具有极其陡峭谐振特性的EIT超介质，他们的研究成果发表在美国Physical Review Letter上，并很快得到了关注。EIT超介质由于具有尖锐、高度透明、强色散的频谱特性，这使得它的应用范围非常广泛，在慢光器件、高灵敏度传感器件，低损耗微波毫米波器件、太赫兹器件等新型器件的设计中具有广泛的应用前景。可以预见，EIT超介质理论和技术的发展将对未来的科技进步、社会发展产生重要的影响。

虽然EIT超介质的相关研究已经取得了很大的进展，但是目前有关该方面的专著几乎没有，这给我国学者在该领域的研究和交流带来了一定的阻力，不利于该领域在我国的长远发展。因此，为了缩短国内外研究水平的差距，让更多对EIT超介质领域感兴趣的学者能够参与到相关领域的研究中来，将超介质中EIT效应的产生物理机制、构造方法及其在改善和优化功能器件与天线设计中的应用等汇集成本书，力求为我国在EIT超介质领域的发展起到一定的促进作用。本书所展现的相关研究成果不仅有助于人们更加深入地理解EIT超介质电磁激发机理，而且对推动EIT超介质向更深层次发展具有重要的科学研究意义和实际价值。

本书分为8章。第1章概述了超介质的概念、EIT超介质的产生背景，详细介绍了EIT超介质研究领域的发展历史以及全介质超介质的电磁特性和应用领域等。第2章针对超介质中EIT效应的电磁激发机理展开研究，从不同角度建立了EIT超介质结构吸收功率解析模型，深入分析了超介质中EIT效应的产生原因和影响因素，探索了EIT超介质的工作机制和激发机理，并利用MATLAB仿真工具对所建立的解析模型进行了仿真验证与分析。第3章针对微波段EIT超介质构造方法进行研究，在EIT超介质电磁机理研究基础上，提出了具有优良电磁特性的6种不同类型EIT超介质构造方法，即微波段多通带EIT超介质、微波段磁性EIT超介质、微带线耦合型EIT超介质、环偶极子诱导型低损耗EIT超介质、极化无关型EIT超介质和微波段可调谐EIT超介质。第4章利用EIT效应的高透波率和强色散特性在微波段设计了一种基于EIT超介质的极化变换器。所设计的超介质结构对于x极化和y极化入射波，在9.2GHz的传输幅度相等（约0.72），传输相位差约为90°，因而高度透明的线—圆极化变换能够应用EIT超介质结构来实现。此外，基于EIT超介质的极化变换器厚度超薄，仅为0.017λ，比目前已报道的极化变换器厚度减少了2/3。第5章基于EIT效应的低损耗、强色散特性，研究了EIT超介质的窄带变极化特性。所设计的EIT超介质结构能在一个极窄频率间隔内（相对带宽1.3%），通过改变工作频率实现线—圆极化、线—椭圆极化和线—线极化之间的切换。第6章通过平衡亮、暗谐振器的损耗以及它们之间的适度耦合，在EIT系统中实现了具有PT（ParityTime）相变的相干完美吸收器（Coherent Perfect Absorption, CPA）。所设计的结构在平衡增益和损耗的过程中只涉及无源材料，无须使用增益材料。此外，通过控制两个入射波之间的相位差，可以动态地调制峰值频率下CPA的吸收率。第7章将EIT效应引入全介质超介质构造中，研究较高频段性能优良的全介质EIT超介质构造方法，即微波段低损耗全介质EIT超介质、光频段低损耗全介质EIT超介质、极化无关和入射角不敏感的全介质EIT超介质。第8章基于Mie式EIT效应，实现了基于石墨烯的太赫兹调谐器，通过改变石墨烯的费米能级，能够实现透明窗峰值频率和群指数的动态调谐；利用全介质结构之间的电磁耦合可以实现x极化和y极化波入射时的EIT效应，进而利用两个极化入射时低损耗、强色散的Mie式EIT效应实现低损耗的极化控制。

本书的研究工作得到了哈尔滨工业大学吴群、孟繁义、傅佳辉的悉心指导和帮助。本书由齐齐哈尔大学朱磊，哈尔滨工业大学吴群、孟繁义、傅佳辉共同完成。朱磊编写全部书稿，吴群、孟繁义、傅佳辉完成全书审校工作。本书在编写过程中得到了各位同行专家的关心和指导，书稿得到充实和完善，在此深表谢意。由于作者学识和水平有限，书中难免会出现疏漏和不足，恳请广大读者提出宝贵意见。

著者

2019年3月

第1章绪论

1．1超介质概述

1．2超介质模拟电磁感应透明现象

1．3EIT超介质的发展历程

1．4全介质超介质

第2章EIT超介质电磁理论基础

2．1引言

2．2基于机械振子模型的EIT超介质电磁理论

2．2．1基于双粒子机械模型的EIT超介质亮暗态

谐振理论

2．2．2基于三粒子机械模型的EIT超介质亮暗态

谐振理论

2．3基于等效电路模型的EIT超介质电磁理论

2．3．1基于双谐振回路的EIT超介质亮暗态

谐振理论

2．3．2基于三谐振回路的EIT超介质亮暗态

谐振理论

第3章EIT超介质设计、仿真优化与实验验证

3．1引言

3．2微波段多通带EIT超介质的构造

3．2．1微波段多通带EIT超介质机理

3．2．2多通带EIT超介质单元结构的仿真与优化

3．2．3基于等效电路理论的多通带EIT超介质

构造方法

3．3微波段磁性EIT超介质的构造

3．3．1磁性EIT超介质的单元结构

3．3．2基于磁耦合EIT效应的数值验证

3．3．3基于“二粒子”模型的EIT效应验证

3．4微带线耦合型EIT超介质的构造

3．4．1微带线耦合型EIT超介质单元结构

3．4．2微带线耦合型EIT超介质的实验验证

3．4．3EIT超介质加载常规介质时透明窗特性

3．5环偶极子诱导型低损耗EIT超介质的构造

3．5．1环偶极子诱导型低损耗EIT超介质

单元结构

3．5．2环偶极子诱导型低损耗EIT效应实验验证

3．5．3光频段环偶极子诱导型低损耗EIT效应

3．6极化无关型EIT超介质的构造

3．6．1极化无关型EIT超介质单元结构

3．6．2极化无关型EIT效应的实验验证

3．6．3极化无关型EIT超介质的慢光特性和

传感特性

3．7微波段可调谐EIT超介质的构造

3．7．1微波段可调谐EIT超介质机理

3．7．2可调谐EIT超介质的单元结构

3．7．3可调谐EIT效应的数值验证

第4章EIT超介质微波极化变换器

4．1引言

4．2金属链EIT超介质的构造

4．2．1理论基础

4．2．2金属链EIT超介质的构造

4．3EIT超介质微波极化变换器

第5章EIT超介质窄带变极化特性

5．1引言

5．2双SRR EIT超介质的构造与验证

5．3EIT超介质的窄带变极化特性

第6章EIT超介质相干完美吸收器

6．1引言

6．2EIT超介质的构造

6．2．1理论基础

6．2．2EIT超介质的构造

6．3EIT超介质相干完美吸收器概述

第7章全介质EIT超介质仿真、设计与验证

7．1引言

7．2微波段低损耗全介质EIT超介质的构造

7．2．1全介质EIT超介质单元结构

7．2．2全介质EIT效应的数值验证

7．2．3全介质EIT效应的慢光特性

7．3光频段低损耗全介质EIT超介质的构造

7．3．1光频段全介质EIT超介质单元结构

7．3．2光频段全介质EIT效应的数值验证

7．3．3基于“二粒子”模型的EIT效应验证

7．4极化无关和入射角不敏感的全介质EIT超介质构造

7．4．1全介质EIT超介质的单元结构与仿真验证

7．4．2基于“二粒子”模型全介质EIT效应的

数值验证

7．4．3全介质EIT效应极化无关特性的仿真验证

7．4．4全介质EIT超介质的慢光特性

第8章全介质EIT超介质太赫兹器件

8．1引言

8．2基于石墨烯/全介质的可调谐EIT超介质

8．2．1基于石墨烯的全介质EIT超介质单元结构

8．2．2基于石墨烯的全介质EIT效应的数值验证

8．2．3入射角度不同时可调谐EIT效应的

数值验证

8．3全介质EIT超介质极化变换器

8．3．1全介质极化变换器的单元结构

8．3．2全介质极化变换器的数值验证

参考文献

本书以EIT超介质电磁激发机理研究为切入点，采用不同理论模型深入分析超介质中EIT效应的产生物理机制，研究EIT超介质的构造方法，并将EIT超介质应用在改善和优化器件与天线的设计中。

本书以EIT超介质电磁激发机理研究为切入点，采用不同理论模型深入分析超介质中EIT效应的产生物理机制，研究EIT超介质的构造方法，并将EIT超介质应用在改善和优化器件与天线的设计中。