电磁诱导透明的太赫兹传感器特性分析
发布时间：2022-02-10 19:36
设计了一种基于类电磁诱导透明效应（Electromagnetically Induced Transparency link,EIT-link）的太赫兹超材料传感器。该超材料单元由介质层和金属层构成,金属层是由金属条（CW）和开口谐振环（SRR）组成。利用电磁仿真软件模拟计算和定量分析了EIT-link效应。结果表明:在电磁波正入射下,该器件在0. 258 THz处获得尖锐的透射峰。该器件实现了太赫兹波段220 GHz～280 GHz频率范围内的折射率感测功能、180 GHz～200 GHz频率范围内的微量测量传感器、230 GHz～250 GHz频率范围内的乙醇液体浓度测量传感器。且器件Q值达到172,计算得该传感器灵敏度为166 GHz/RIU,品质因数FOM为19。
【文章来源】：激光杂志. 2020,41(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
传感器单元和EIT、CW、SRR结构分别对应的透射谱线
当金属层上涂膜材料折射率不同时，透射峰发生明显漂移现象，利用EIT-link效应获得的尖锐透射峰频率在单位折射率变化内的平移量衡量传感器灵敏度。当“亮膜式”与“暗模式”耦合时，电能量主要集中在EIT-link结构单元超材料中，超材料作为一个共振腔，其传输频率取决于周围介质的介电常数。因此他可用作折射率传感器。在EIT-link结构单元上涂膜材料厚度为5μm，折射率为0.5～2.0，可获得如图3(a)的透射峰谱。随着折射率的增加，EIT-link透射峰明显漂移，可以实现折射率传感功能。EIT-link折射率传感器件的灵敏度S和品质因数FOM为传感器性能的重要指标。折射率灵敏度是单位折射率的共振频率变化量，其值为S=Δf/Δn，单位为GHz/RIU，其中Δf为共振频率的变化量[14]。为进一步确定待测物折射率和共振频率的关系，做出它们之间关系曲线图，如图3(b)所示。计算得该传感器灵敏度为166 GHz/RIU。FOM是单位折射率变化引起的透明峰波长平移量与透明峰3 dB带宽的比值[15]。计算得该器件的FOM为19。实现了太赫兹波段220 GHz～280 GHz频率范围内的折射率感测功能。
当金属层上覆盖一层不同微量测量待测物时，透射峰发现明显偏移现象，利用EIT-link效应产生的尖锐透射峰频率在单位微量测量变化内的平移量衡量传感器灵敏度。保持覆盖材料的介电常数不变，仅改变覆盖材料的厚度，本实验选取硅为涂膜材料，硅的介电常数为11.9，取硅的厚度为10μm、20μm、30μm、40μm为变量。如下图4(a)得到硅随厚度变化情况下的透射谱。可以看出，随着硅厚度增加，透射峰发生明显的红移，透明峰共振频率减小。这一现象可以从物理机制解释，随着硅厚度增加，超材料传感器的耦合共振电容增大，(其中f、L和C分别代表共振频率、电感和电容)，因此，耦合电容的增大，会导致共振频率的减小，所以产生红移现象。可以制作太赫兹波段180 GHz～200 GHz频率范围内的微量测量传感器。4.3 液体传感器特性研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于亮模式调控的双频等离激元诱导透明超材料[J]. 刘俊星,张建新. 光电子·激光. 2019(08)
[2]基于类电磁诱导透明的超材料的传感特性研究[J]. 杨其利,梁兰菊,闫昕,张璋. 电子元件与材料. 2019(03)
[3]基于类电磁诱导透明的太赫兹超材料传感器性能分析[J]. 潘武,闫彦君,沈大俊. 红外技术. 2018(07)
[4]超高灵敏度太赫兹超导探测技术发展[J]. 李婧,张文,缪巍,史生才. 中国光学. 2017(01)
[5]人工电磁超材料的电磁波调控特性[J]. 金飚兵,冯一军,伍瑞新. 南京大学学报(自然科学). 2014(03)
[6]基于类电磁诱导透明效应的太赫兹折射率传感器[J]. 李化月,刘建军,韩张华,洪治. 光学学报. 2014(02)
本文编号：3619410
【文章来源】：激光杂志. 2020,41(05)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
传感器单元和EIT、CW、SRR结构分别对应的透射谱线
当金属层上涂膜材料折射率不同时，透射峰发生明显漂移现象，利用EIT-link效应获得的尖锐透射峰频率在单位折射率变化内的平移量衡量传感器灵敏度。当“亮膜式”与“暗模式”耦合时，电能量主要集中在EIT-link结构单元超材料中，超材料作为一个共振腔，其传输频率取决于周围介质的介电常数。因此他可用作折射率传感器。在EIT-link结构单元上涂膜材料厚度为5μm，折射率为0.5～2.0，可获得如图3(a)的透射峰谱。随着折射率的增加，EIT-link透射峰明显漂移，可以实现折射率传感功能。EIT-link折射率传感器件的灵敏度S和品质因数FOM为传感器性能的重要指标。折射率灵敏度是单位折射率的共振频率变化量，其值为S=Δf/Δn，单位为GHz/RIU，其中Δf为共振频率的变化量[14]。为进一步确定待测物折射率和共振频率的关系，做出它们之间关系曲线图，如图3(b)所示。计算得该传感器灵敏度为166 GHz/RIU。FOM是单位折射率变化引起的透明峰波长平移量与透明峰3 dB带宽的比值[15]。计算得该器件的FOM为19。实现了太赫兹波段220 GHz～280 GHz频率范围内的折射率感测功能。
当金属层上覆盖一层不同微量测量待测物时，透射峰发现明显偏移现象，利用EIT-link效应产生的尖锐透射峰频率在单位微量测量变化内的平移量衡量传感器灵敏度。保持覆盖材料的介电常数不变，仅改变覆盖材料的厚度，本实验选取硅为涂膜材料，硅的介电常数为11.9，取硅的厚度为10μm、20μm、30μm、40μm为变量。如下图4(a)得到硅随厚度变化情况下的透射谱。可以看出，随着硅厚度增加，透射峰发生明显的红移，透明峰共振频率减小。这一现象可以从物理机制解释，随着硅厚度增加，超材料传感器的耦合共振电容增大，(其中f、L和C分别代表共振频率、电感和电容)，因此，耦合电容的增大，会导致共振频率的减小，所以产生红移现象。可以制作太赫兹波段180 GHz～200 GHz频率范围内的微量测量传感器。4.3 液体传感器特性研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于亮模式调控的双频等离激元诱导透明超材料[J]. 刘俊星,张建新. 光电子·激光. 2019(08)
[2]基于类电磁诱导透明的超材料的传感特性研究[J]. 杨其利,梁兰菊,闫昕,张璋. 电子元件与材料. 2019(03)
[3]基于类电磁诱导透明的太赫兹超材料传感器性能分析[J]. 潘武,闫彦君,沈大俊. 红外技术. 2018(07)
[4]超高灵敏度太赫兹超导探测技术发展[J]. 李婧,张文,缪巍,史生才. 中国光学. 2017(01)
[5]人工电磁超材料的电磁波调控特性[J]. 金飚兵,冯一军,伍瑞新. 南京大学学报(自然科学). 2014(03)
[6]基于类电磁诱导透明效应的太赫兹折射率传感器[J]. 李化月,刘建军,韩张华,洪治. 光学学报. 2014(02)
本文编号：3619410
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