基于電磁耦合諧振的太赫茲超材料傳感器研究.pdf

1、超材料是一種由金屬諧振單元組成的亞波長周期性人工電磁材料。由于它能夠實現(xiàn)電磁隱身、完美透鏡成像及負折射等獨特的效應，近年來受到人們的廣泛關注。研究表明各種波段（從微波、太赫茲波到光波段）的超材料在濾波器、開關與調制、慢波器件及高精度無標記傳感等領域有重要的應用潛能。
　　本文首先闡述了太赫茲超材料的研究背景和意義。然后對太赫茲超材料傳感器研究進展進行了介紹。隨著高精度傳感的發(fā)展，利用超材料諧振峰的頻率移動進行生化等樣品傳感的平面超

2、材料傳感已成為實現(xiàn)微量樣品檢測的主要方式。由于諧振峰越尖銳，越便于精確測量頻移量，故超材料諧振器的品質因子Q是獲得高傳感精度的重要指標之一。但由于超材料金屬的歐姆損耗與諧振模輻射損耗的影響，高Q超材料成為超材料技術的一個瓶頸。
　　本文主要對幾種基于電磁耦合諧振的太赫茲超材料傳感器和高Q諧振器進行了理論和實驗研究。研究內容如下：
　　(1)設計制備了一種基于類電磁誘導透明效應(Electromagnetically indu

3、ced transparency，EIT)的太赫茲超材料傳感器，其單元結構由內外嵌套的開口環(huán)組合結構諧振單元構成。利用有限元算法對該傳感器進行了仿真分析，結果表明這種超材料類EIT諧振具有高Q值和對折射率變化敏感的特點，可用于高精度生化傳感中。利用光刻工藝完成器件制備，并進行了薄膜厚度測量及生物樣品傳感實驗。薄膜厚度實驗中獲得的最大頻移量為29 GHz。
　　(2)研究了一種窄帶的太赫茲超材料完美吸波結構(Perfect meta

4、materials absorber)傳感器。這種結構由開口環(huán)(SR)和金屬線(CW)諧振器構成，能夠將大部分電磁能量束縛在器件內形成電磁場局部增強，所以對周圍環(huán)境變化較為敏感，適合傳感應用。我們對其諧振機理和傳感性能進行了分析，仿真計算得該器件的Q值為37，傳感靈敏度為47 GHz/RIU。最后通過激光誘導化學鍍銅方法制備了該器件，實驗測試結果與仿真基本吻合。
　　(3)提出了一種高Q導模諧振(Guided mode reson