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摘要

本文提出了一种双频带太赫兹超材料吸波器, 该超材料吸波器在0.387和0.694 THz两个谐振点的吸收率可达到99%以上, 实现了对入射太赫兹波的“完美吸收”. 该双频带太赫兹超材料吸波体传感器在两个谐振频率处的 Q值分别为28.1和29.3, 折射率灵敏度 $S(f)$ 分别为39.5和85 GHz/RIU, 均具有较优的传感特性. 研究结果表明, 对于该太赫兹超材料吸波器来说, 除了可以选用折射率较小的中间介质层材料提高传感特性外, 还可以根据待测物折射率的不同选取相应的待测物厚度来提高传感特性. 本文设计的双频带超材料吸波体传感器可实现谐振频率与待测物质特征频率间的多点匹配, 增加反映被测物质差异的信息量, 从而提升物质探测的准确性和灵敏度. 通过对三种食用油样本的分析, 验证了本文所设计的双频带太赫兹超材料吸波体传感器的实际应用价值. 本次研究丰富了双频带超材料吸波体传感器的种类, 在传感检测领域具有广阔的发展空间.

关键词:

Abstract

The terahertz metamaterial absorber sensor is an important functional device of the metamaterials. It can realize not only the perfect absorption in the incident terahertz wave, but also the detect sample by monitoring the deviation of the absorption frequency of the metamaterial absorber sensor. Dual-band metamaterial absorber sensor has double frequency resonance peak. By matching the characteristic frequency between the sensor and the substance to be measured, the information reflecting the difference of the substance to be measured is increased, to improve the accuracy and sensitivity of material detection. Compared with the traditional metamaterial absorber sensor, the dual-band metamaterial absorber sensor can realize very accurate sensing and detection function through multi-point matching of information. In this paper, a double band terahertz band metamaterial absorber sensor is proposed. The absorption rate of the metamaterial absorber sensor reaches over 99% at 0.387 THz and 0.694 THz frequency point, achieving “perfect absorption”. Through the analysis of a series of materials with different refractive indices to be measured, the suitable sensing range of the designed terahertz metamaterial absorber sensor is obtained. By analyzing the different thickness of the substance to be measured and the different medium layer materials, the thickness of the substance to be measured and the medium layer materials which can improve the sensing performance of the sensor are obtained. In this paper, the sensing identification of edible oil is taken for example to verify that the dual-band terahertz metamaterial absorber sensor designed in this paper can realize high sensitivity and rapid detection, and has a broad development prospect in the field of sensing and detection.

Keywords:

作者及机构信息

通信作者:王鑫,wangxin219@imu.edu.cn; 王俊林,wangjunlin@imu.edu.cn;

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 51965047)、内蒙古自然科学基金(批准号: 2018MS06007)、内蒙古大学2018年高层次人才引进科研启动项目(批准号: 21700-5185128, 21700-5185131)、内蒙古科技攻关项目(批准号: 2020GG0185)资助的课题

Authors and contacts

Corresponding author:Wang Xin,wangxin219@imu.edu.cn; Wang Jun-Lin,wangjunlin@imu.edu.cn;

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51965047), the Natural Science Foundation of Inner Mongolia Autonomous Region, China (Grant No. 2018MS06007), the 2018High-level Talent Introduction and Research Startup Project of Inner Mongolia University, China (Grant Nos. 21700-5185128, 21700-5185131), and the Science and Technology Research Project of Inner Mongolia Autonomous Region, China (Grant No. 2020GG0185)

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