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?qū)崿F(xiàn)電磁隱身、完美透鏡成像及負(fù)折射等獨(dú)特的效應(yīng)，近年來受到人們的廣泛關(guān)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(guān)與調(diào)制、慢波器件及高精度無標(biāo)記傳感等領(lǐng)域有重要的應(yīng)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(jìn)展進(jìn)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(dòng)進(jìn)行生化等樣品傳感的平面超

2、材料傳感已成為實(shí)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(zhì)因子Q是獲得高傳感精度的重要指標(biāo)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(shù)的一個(gè)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(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。研究內(nèi)容如下：
　　(1)設(shè)計(jì)制備了一種基于類電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)(Electromagnetically indu

3、ced transparency，EIT)的太赫茲超材料傳感器，其單元結(jié)構(gòu)由內(nèi)外嵌套的開口環(huán)組合結(jié)構(gòu)諧振單元構(gòu)成。利用有限元算法對該傳感器進(jìn)行了仿真分析，結(jié)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(diǎn)，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(jìn)行了薄膜厚度測量及生物樣品傳感實(shí)驗(yàn)。薄膜厚度實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)(Perfect meta

4、materials absorber)傳感器。這種結(jié)構(gòu)由開口環(huán)(SR)和金屬線(CW)諧振器構(gòu)成，能夠?qū)⒋蟛糠蛛姶拍芰渴`在器件內(nèi)形成電磁場局部增強(qiáng)，所以對周圍環(huán)境變化較為敏感，適合傳感應(yīng)用。我們對其諧振機(jī)理和傳感性能進(jìn)行了分析，仿真計(jì)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(dǎo)化學(xué)鍍銅方法制備了該器件，實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與仿真基本吻合。
　　(3)提出了一種高Q導(dǎo)模諧振(Guided mode reson