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1、超材料是由周期性排列的亞波長(zhǎng)單元陣列所構(gòu)成的新型人工復(fù)合型電磁材料,具有自然界中常規(guī)材料所不具備的特殊電磁特性,如負(fù)折射率、負(fù)介電常數(shù)、反多普勒效應(yīng)等。其中,諧振型超材料具有微納尺寸縫隙,可顯著增強(qiáng)局域電磁場(chǎng)強(qiáng)度,對(duì)周?chē)h(huán)境的介電特性變化特別敏感。因此,諧振型超材料可廣泛地應(yīng)用于傳感探測(cè)領(lǐng)域。同時(shí),太赫茲波的光子能量相對(duì)較低,能夠激發(fā)生物分子的集體震蕩模式,可增強(qiáng)對(duì)生物分子的探測(cè)的靈敏度;另外,大多數(shù)生物分子在太赫茲波段具有特定的指紋譜
2、,在識(shí)別和探測(cè)生物分子方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?;谏鲜鲈颍疚脑O(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)的太赫茲超材料傳感器,分別為基于互補(bǔ)型雙諧振和基于吸收器的多諧振的太赫茲超材料生物傳感器,并采用基于有限元方法的數(shù)值仿真軟件HFSS分別對(duì)兩種傳感器的靈敏度進(jìn)行模擬計(jì)算和數(shù)值優(yōu)化分析。
本研究主要內(nèi)容包括:⑴設(shè)計(jì)一種基于互補(bǔ)型雙諧振超太赫茲材料生物傳感器,其結(jié)構(gòu)單元由圓環(huán)間隙構(gòu)成。采用數(shù)值仿真軟件對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)其表面電流和電場(chǎng)分布進(jìn)
3、行模擬計(jì)算。表面電流和電場(chǎng)分布證明:雙諧振分別來(lái)源LC諧振和電偶極子諧振。在此基礎(chǔ)之上,分析了附著物的厚度和折射率對(duì)其傳感性能的影響,計(jì)算結(jié)果表明:該傳感器對(duì)附著物的折射率和厚度變化非常靈敏,其靈敏度遠(yuǎn)大于單諧振型太赫茲超材料傳感器的靈敏度。⑵由于超材料吸收器的吸收峰具有非常窄的半波帶寬度(FWHM),并對(duì)外界環(huán)境的變化具有較高的靈敏度,設(shè)計(jì)了一種基于吸收器的三諧振型太赫茲超材料生物傳感器,其結(jié)構(gòu)單元由上下對(duì)稱(chēng)的雙開(kāi)口環(huán)構(gòu)成。利用仿真軟
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