葛宏义 李丽 蒋玉英 李广明 王飞 吕明 张元‡ 李智

1) (河南工业大学粮食信息处理与控制教育部重点实验室,郑州 450001)

2) (河南工业大学河南省粮食光电探测与控制重点实验室,郑州 450001)

3) (河南工业大学信息科学与工程学院,郑州 450001)

4) (河南工业大学人工智能与大数据学院,郑州 450001)

本文提出了一种用于生物样品检测的高灵敏度太赫兹折射率超材料吸波体传感器.该传感器由2 个同心开口金属环组成,是一种多模谐振器.传感器在0.7—2.5 THz 频率范围内具有2 个独立可调的工作频段,即1.079 THz 和2.271 THz,可观测样品在太赫兹波段的不同电磁效应.采用吸收特性、灵敏度等指标评估太赫兹传感器的性能,自由空间中的吸收率超过99.9%,具有较高的频率选择特性,灵敏度达到693.7 GHz/RIU,检测生物样品最小折射率变化量为0.004,传感性能较好.所提出的传感器使用低介电常数的柔性材料,具有生物相容性、便携性等优点,且在0°—60°斜入射角下及4%的制作误差内显示出高度稳定性.此外,通过乙醇-水混合物模拟实验,验证了传感器的检测效果.本文设计的传感器单元结构之间相互作用小、稳定、易制作,能够显著增强光与物质之间相互作用,在太赫兹高灵敏生物传感检测中具有广阔的应用前景.

1 引言

太赫兹(terahertz,THz)波是比微波频率高、比可见光频段低的一段电磁波,介于0.1—10 THz(1 THz =1012Hz)频率范围内,波长为3—0.03 mm[1,2,3].许多生物大分子的振动频率在太赫兹波段,其独特的指纹谱在识别探测方面具有较强的优势[4,5].太赫兹波能够穿透许……