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基于环偶极子超材料的太赫兹波段高灵敏度传感器设计

High sensitivity toroidal metamaterial sensor in THz range

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【作者】 向天宇雷涛沈钊阳黄晓俊杨河林

【Author】 XIANG Tianyu;LEI Tao;SHEN Zhaoyang;HUANG Xiaojun;YANG Helin;School of Big Data and Computer Science,Guizhou Normal University;College ofPhysical Science and Technology,Central China Normal University;State Key Laboratory of Millimeter Waves,School of Information Science and Engineering,Southeast University;College of Communication and Information Engineering,Xi’an University of Science and Technology;

【通讯作者】 杨河林;

【机构】 贵州师范大学大数据与计算机科学学院华中师范大学物理科学与技术学院东南大学信息科学与工程学院毫米波国家重点实验室西安科技大学通信与信息工程学院

【摘要】 本文利用一对镜像对称开口谐振环实现了太赫兹波段的环偶极子超材料设计。通过垂直入射电磁波激励,该亚波长结构在2.75 THz处产生高Q值透射谷。近场分析表明,谐振环中反向流动的电流可产生一对首尾相接的磁偶极子,从而实现涡旋状磁场的环偶极子。各多极子远场散射能量计算结果进一步证明迅速增强的环偶极子是产生该高Q值透射谷的主要因素。该环偶极子超材料可用于折射率传感器的设计,其灵敏度可达114 GHz/RIU,可用于探测周围环境微小参数的变化。该设计对基于环偶极子超材料的太赫兹波段生物和化学分子的高灵敏度传感器设计提供了新的思路。

【Abstract】 Here a high sensitive sensor was realized with toroidal metamaterial in THz range. The proposed subwavelength structure was comprised of two mirror split ring resonators with counterpropagating currents to acquire vortex magnetic field. In the far-field scattered power of multipoles, it can be observed that the high Q-factor transmission dip at 2.75 THz is due to the sharply enhanced toroidal dipole. The sensitivity of the proposed refractive index sensor can reach up to 114 GHz/RIU. The toroidal sensor can be used to detect minor changes in the surrounding environments and have potential applications in high sensitivity biosensor and chemosensor at THz range.

【关键词】 环偶极子超材料散射能量太赫兹传感器高Q值
【Key words】 toroidalmetamaterialscattered powerTerahertzsensorhigh Q-factor
【基金】 国家自然科学基金(41474117,61701206);贵州省教育厅青年科技人才成长项目(黔教合KY[2018]131)
  • 【文献出处】 电子元件与材料 ,Electronic Components and Materials , 编辑部邮箱 ,2020年12期
  • 【分类号】TP212;O441.4
  • 【被引频次】4
  • 【下载频次】322
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