基于类电磁诱导透明的太赫兹超材料传感器性能分析

第40卷第7期红外技术 V ol.40 No.7 2018年7月 Infrared Technology July 2018 707

〈太赫兹技术〉

潘武，闫彦君，沈大俊

（重庆邮电大学光电工程学院，重庆 400065）

摘要：本文提出了一种基于类电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency ，EIT ）效应的太赫兹超材料折射率传感器。该器件结构单元由介质层和金属层构成，金属层是由四开口环和金属条组合的非对称结构。传感器透射谱产生了尖锐的透明峰，实现了类EIT 效应。仿真分析了该器件的传感性能，实现了Q 值为92.0、折射率灵敏度为61.0 GHz/RIU 、品质因数（Figure of Merit ，FOM ）为

8.5的折射率传感功能，远优于对称结构的开口谐振环传感器。这种具有较高Q 值、较高灵敏度和偏振不相关性的太赫兹超材料传感器在无标记的化学、生物传感中具有潜在应用价值。

关键词：太赫兹；EIT ；超材料；折射率传感器

中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891（2018）07-0707-05

Performance Analysis of Terahertz Metamaterial Sensor

Based on Electromagnetically Induced Transparency

PAN Wu ，YAN Yanjun ，SHEN Dajun

（College of Photoelectronic Engineering , Chongqing University of Posts and Telecommunications , Chongqing , 400065, China ） Abstract ：A terahertz metamaterial refractive index sensor based on the electromagnetically induced transparency （EIT） effect is proposed. The structure of the device consists of a dielectric layer and a metal layer, such that the latter is an asymmetric structure composed of four opening rings and a metal strip. The transmission spectrum of the sensor produces a sharp transparent peak, and we realized an EIT-like effect. The sensing performance of the device is analyzed and revealed a Q value of 92, are fractive index sensitivity of 61 GHz/RIU, and a FOM （Figure of merit） value of 8.5. Moreover, there fractive index sensing performance is better than that of the opening split ring resonator sensor, which has asymmetric structure. The proposed terahertz metamaterial sensor has a high Q , high sensitivity, and is polarization-insensitive. This sensor has potential applications in label-free chemical and biological sensing.

Key words ：terahertz ，EIT ，metamaterial ，refractive index sensor

0 引言超材料是一种由亚波长尺寸阵列单元构成的人工结构材料，具有自然材料不具有的独特电磁性能，如负折射率、超透镜、完美隐身等[1-3]。EIT 效应是三能级原子系统中观察到的一种非线性量子效应，使不透明介质在一个窄的光谱范围内广泛吸收，产生透明窗口[4]。超材料呈现出的类EIT 光谱响应已在微波段、太赫兹波段和光波段得到验证，为电磁波提供了一种新的调控方式[5]。超材料中的类EIT 效应具有低损耗

和对周围介质敏感的特性，可应用于化学、生物传感

中[6-7]。2013年，He [8]等人利用巴比涅原理设计了一

种平面互补超材料，实现了基于类EIT 效应、灵敏度

为928.9 nm/RIU 、FOM 为19的折射率传感。2014年，

Ling [9]等人提出了一种由闭合方环和开口谐振环组合

的类电磁诱导透明效应的传感器，Q 值为24.0，灵敏

度为46.9 GHz/RIU 。2015年，Wei [10]等人也提出了基于类电磁诱导透明效应的太赫兹谐振环，实现了灵敏

度为75.0 GHz/RIU 的传感。目前所设计的折射率传感

器灵敏度较低，不能满足于实际应用。因此，设计出

万方数据