發(fā)布時間：2022-02-10 19:36

　　設(shè)計了一種基于類電磁誘導透明效應(yīng)（Electromagnetically Induced Transparency link,EIT-link）的太赫茲超材料傳感器。該超材料單元由介質(zhì)層和金屬層構(gòu)成,金屬層是由金屬條（CW）和開口諧振環(huán)（SRR）組成。利用電磁仿真軟件模擬計算和定量分析了EIT-link效應(yīng)。結(jié)果表明:在電磁波正入射下,該器件在0. 258 THz處獲得尖銳的透射峰。該器件實現(xiàn)了太赫茲波段220 GHz～280 GHz頻率范圍內(nèi)的折射率感測功能、180 GHz～200 GHz頻率范圍內(nèi)的微量測量傳感器、230 GHz～250 GHz頻率范圍內(nèi)的乙醇液體濃度測量傳感器。且器件Q值達到172,計算得該傳感器靈敏度為166 GHz/RIU,品質(zhì)因數(shù)FOM為19。 

【文章來源】：激光雜志. 2020,41(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

傳感器單元和EIT、CW、SRR結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)的透射譜線

當金屬層上涂膜材料折射率不同時，透射峰發(fā)生明顯漂移現(xiàn)象，利用EIT-link效應(yīng)獲得的尖銳透射峰頻率在單位折射率變化內(nèi)的平移量衡量傳感器靈敏度。當“亮膜式”與“暗模式”耦合時，電能量主要集中在EIT-link結(jié)構(gòu)單元超材料中，超材料作為一個共振腔，其傳輸頻率取決于周圍介質(zhì)的介電常數(shù)。因此他可用作折射率傳感器。在EIT-link結(jié)構(gòu)單元上涂膜材料厚度為5μm，折射率為0.5～2.0，可獲得如圖3(a)的透射峰譜。隨著折射率的增加，EIT-link透射峰明顯漂移，可以實現(xiàn)折射率傳感功能。EIT-link折射率傳感器件的靈敏度S和品質(zhì)因數(shù)FOM為傳感器性能的重要指標。折射率靈敏度是單位折射率的共振頻率變化量，其值為S=Δf/Δn，單位為GHz/RIU，其中Δf為共振頻率的變化量[14]。為進一步確定待測物折射率和共振頻率的關(guān)系，做出它們之間關(guān)系曲線圖，如圖3(b)所示。計算得該傳感器靈敏度為166 GHz/RIU。FOM是單位折射率變化引起的透明峰波長平移量與透明峰3 dB帶寬的比值[15]。計算得該器件的FOM為19。實現(xiàn)了太赫茲波段220 GHz～280 GHz頻率范圍內(nèi)的折射率感測功能。

當金屬層上覆蓋一層不同微量測量待測物時，透射峰發(fā)現(xiàn)明顯偏移現(xiàn)象，利用EIT-link效應(yīng)產(chǎn)生的尖銳透射峰頻率在單位微量測量變化內(nèi)的平移量衡量傳感器靈敏度。保持覆蓋材料的介電常數(shù)不變，僅改變覆蓋材料的厚度，本實驗選取硅為涂膜材料，硅的介電常數(shù)為11.9，取硅的厚度為10μm、20μm、30μm、40μm為變量。如下圖4(a)得到硅隨厚度變化情況下的透射譜�？梢钥闯�，隨著硅厚度增加，透射峰發(fā)生明顯的紅移，透明峰共振頻率減小。這一現(xiàn)象可以從物理機制解釋，隨著硅厚度增加，超材料傳感器的耦合共振電容增大，(其中f、L和C分別代表共振頻率、電感和電容)，因此，耦合電容的增大，會導致共振頻率的減小，所以產(chǎn)生紅移現(xiàn)象�？梢灾谱魈掌澆ǘ�180 GHz～200 GHz頻率范圍內(nèi)的微量測量傳感器。4.3 液體傳感器特性研究

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于類電磁誘導透明的太赫茲超材料傳感器性能分析[J]. 潘武,閆彥君,沈大俊.  紅外技術(shù). 2018(07)
[4]超高靈敏度太赫茲超導探測技術(shù)發(fā)展[J]. 李婧,張文,繆巍,史生才.  中國光學. 2017(01)
[5]人工電磁超材料的電磁波調(diào)控特性[J]. 金飚兵,馮一軍,伍瑞新.  南京大學學報(自然科學). 2014(03)
[6]基于類電磁誘導透明效應(yīng)的太赫茲折射率傳感器[J]. 李化月,劉建軍,韓張華,洪治.  光學學報. 2014(02)



本文編號：3619410