最近几年纳米光子学领域中有一个特别火的分支——电磁感应透明（EIT），通过设计周期性超材料结构，借助经典光学中现象和量子系统中概念来实现EIT。这种方法为新型光学元件开辟了无限可能的应用前景，例如 慢光效应，高灵敏度传感器和非线性器件。特别是，对超材料中EIT的光学控制有望在光学网络和太赫兹通信中提供必要的应用机会。这种器件也可用于光学延迟和太赫兹有源滤波。

COMSOL在纳米光学和纳米器件设计上一直应用相当广泛，它可以模拟仿真纳米光学领域里的各种远场光学谱线以及近场光学分布。首先通过COMSOL对纳米光子学器件进行设计，然后根据计算远场谱线对器件性能进行优化，最后根据优化的结果再开展相关实验，对于实验过程中物理机制理解，可以根据近场电磁分布进行具体分析。因此，COMSOL在纳米光子学领域应用及其泛，同时这个领域也是现在特别热的研究方向。

今天，给大家分享一篇发表在Nature communications上的工作（Naturecommunications, 2012, 3: 1151.）。本篇论文主要是电磁仿真模拟设计了金属超材料结构，并通过实验上观察到了EIT现象，首次系统进行光学结构中EIT研究。因此，介绍原作者如何通过仿真模拟在太赫兹超材料中设计和仿真主动控制EIT现象。

图1（a）超材料的一个周期单元的示意图。几何参数分别为：L = 85，l = 29，s = 7，w = 5，h = 495，g = 5，Px =80和Py =120μm。（b）超材料的显微图像。 比例尺，100μm。（c）EIT测量的实验示意图。（d）中的插图分别是从左到右的唯一切断电线结构（CW），开环谐振器（SRR）对和EIT超材料的几何结构。测量的唯一CW（粉红色），SRR对（橙色）和EIT超材料样品（橄榄色）的幅度透射光谱。

电磁感应透明是一种量子干涉效应，发生在三能级原子系统中，在宽吸收光谱范围内产生清晰的透明窗口。在远场谱线的设计是上就是当一个宽光谱遇到一个窄光谱或者无信号背景，两个物理过程会发生强的耦合现象，宽光谱会产生劈裂形成电磁感应透明现象，如图1d。宽光谱是对应的状态是亮态（CW结构），窄光谱或者无信号背景对应的状态是暗态（SRR对结构），换句话说就是电磁里面亮态和暗态的耦合产生的EIT现象。这种效应显着地改变了其他不透明介质的色散特性，这种特性会导致慢光现象和增强的非线性效应。图1中利用COMSOL进行太赫兹EIT结构的设计，根据设计的物理基础，不断优化结构参数，直到出现图1d中EIT现象，对应的太赫兹超材料结构就如图1所示。

图2. （a）测量的发射时域信号和（b）相应的归一化傅里叶变换幅度谱。 （c）各种阻尼率的理论拟合结果。 （d）具有不同Si岛电导率的EIT超材料的归一化光谱的数值模拟结果。

图2中主要给出了是实验上观测到的（图2a-b）、理论解析计算出来（图2c）的和数值模拟仿真（图2d）出来的EIT现象。根据这几组数据的对比，可以得到实验、仿真模拟、理论计算三部分相互自恰，使整体结果更具有说服力，大大提升了文章档次。现在远场数据非常完美，但更深的物理机制或者更形象的电磁过程，却一直不被理解，这样再利用CST 或者COMSOL进行EIT现象近场分析，这是实验和理论解析计算都给不出来的，突出了CST 或者COMSOL等仿真模拟强大的不可替代性。

图3 相应的光学激发下近场分布：（a）0mW（σ_Si= 160Sm^-1），（b）1,000mW（σ_Si= 3,000Sm^-1）和（c）1,350mW（σ_Si= 4,050Sm^-1）。比例尺，10μm。

图3清晰的给出在不同耦合强度下EIT近场电磁分布，a图时耦合最强的状态，可以清晰的看到曾经处于暗态的SRR对在耦合作用下，电磁场强度非常明显，这是由于亮态的CW把能量给了SRR对。b图是耦合较弱的状态，暗态的SRR和亮态的CW都有较强的电场分布。c图是几乎不发生耦合的状态，因此，暗态SRR上几乎没有电磁场，而亮态CW会有特别强的电磁分布。所以，EIT现象的近场分布会清晰的展示出发生耦合过程的物理机制。

最后，本篇工作数值模拟在设计太赫兹超材料中EIT现象上起到了关键的作用，该工作集数值仿真模拟和完美的实验结果于一身，因此最终发表在Naturecommunications上。

我们可以看到，COMSOL等电磁仿真软件在远场光谱计算和近场电磁分布的计算上，可以实时的结合在一起，实现非常强大的仿真功能，既能够远场和实验谱线进行完美拟合，又能通过近场电磁分布解释物理机制，可以让科研成果更有说服力，是一款提升文章档次的科研利器，相信COMSOL在未来设计各种纳米光学结构和理解电磁物理机制上会发挥其越来越重要的作用。