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基于亚波长金属耦合腔光栅的太赫兹传感器

2021-01-29王若星

聊城大学学报(自然科学版) 2021年1期

龚 瑞,闫 飞,王若星,李 立

(1.哈尔滨工程大学 物理与光电工程学院、纤维集成光学教育部重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001;2.哈尔滨工业大学 可调谐激光国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

太赫兹(Terahertz,THz)波是指频率处在0.1 THz到10 THz光谱域的电磁波[1]。太赫兹波所处的特殊波谱位置,决定了它有着不同于微波和光波的独特性质,例如高分辨率、低光子能量和大分子光谱指纹等特性,在成像和传感等领域具有重要的应用背景[1-4]。由于太赫兹波的特殊性,大多数自然材料很难与其产生强的电磁相互作用,从而限制了太赫兹波传感探测技术和器件的发展。

近年来新兴的亚波长结构器件技术,提供了人工设计制造特定的介观结构,通过空间序构来优化增强材料宏观性能的新方法,从功能基元层面解决了太赫兹传感材料与器件设计难题[1,4,5]。亚波长结构是指结构单元的特征尺寸与工作波长相当或者远小于工作波长的周期性(或非周期性)的人工结构,它的光学响应特性与传统的衍射光学元件相比,有着非同寻常的特征。利用亚波长结构和太赫兹波谱的特点,已有一些太赫兹传感器件设计的报道,包括太赫兹微流传感[4]、表面等离子体传感[5]、超材料传感[6-8]和光子晶体传感[9]等。这些传感器设计的核心原则是,最大限度地改善太赫兹波与被分析物的相互作用,提高太赫兹感测灵敏度[8]。尤其是基于金属和石墨烯的等离激元超材料,可以在太赫兹波段产生显著的等离子体增强近场效应,是设计开发高性能太赫兹传感器的一条重要途径[10-20]。……

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