【摘 要】
：
太赫兹波具备低能量、非电离和指纹谱等特性,使得太赫兹光谱技术在无损害检测领域比传统传感技术更具优势。然而,太赫兹光谱技术在传感应用中存在着检测能力弱和效率低等问题,严重阻碍了其广泛应用。随着超材料研究和微纳结构加工技术的不断发展,工作于太赫兹频段的超材料被越来越多地应用于传感领域。太赫兹超材料传感器作为一种无标记的亲和型光学传感器,它能实现对微量物质的高灵敏度检测并且其检测方法简单、高效。窄带吸收
论文部分内容阅读
太赫兹波具备低能量、非电离和指纹谱等特性,使得太赫兹光谱技术在无损害检测领域比传统传感技术更具优势。然而,太赫兹光谱技术在传感应用中存在着检测能力弱和效率低等问题,严重阻碍了其广泛应用。随着超材料研究和微纳结构加工技术的不断发展,工作于太赫兹频段的超材料被越来越多地应用于传感领域。太赫兹超材料传感器作为一种无标记的亲和型光学传感器,它能实现对微量物质的高灵敏度检测并且其检测方法简单、高效。窄带吸收器凭借三层结构与电磁波产生强烈的相互作用,能形成局部电磁场增强和高品质因子的极窄频带谐振峰,在传感领域展现出广阔的潜力。基于此,本文提出了基于窄带吸收器的太赫兹超材料传感器研究。本文的主要研究内容如下:1.为解决传统超材料吸收器在传感应用中存在的灵敏度低和不可调谐等问题,本文设计了基于双频带吸收器的太赫兹超材料微流传感器和基于石墨烯吸收器的可调谐太赫兹超材料传感器。微流传感器和石墨烯传感器与太赫兹波相互耦合分别形成双频段和三频段的高吸收幅值谐振峰。通过分析传感器在谐振频率点的电场和表面电流分布情况,探讨了传感器的谐振机理。同时,通过对传感器的等效电路模型和阻抗匹配理论研究,合理解释了传感器的吸收机理。此外,得益于单元结构的四重旋转对称特性,传感器具备极化不敏感特性和宽入射角度不敏感特性,表现出极好的各向同性特点。2.引入微流控技术,微流传感器有效解决了因传统超材料吸收器所产生的局部增强电磁场无法与分析物充分接触而导致灵敏度受限的问题。结果表明,传感器通过集成微流通道,提高了分析物与传感器相互耦合强度。该传感器的灵敏度可达537GHz/RIU,归一化灵敏度可达0.525 RIU-1,品质因子（Quality factor,Q值）可达34.4,品质因数（Figure of Merit,FoM）可达22 RIU-1。相比分析物附着于普通超材料吸收器表面,该微流传感器的最大灵敏度、归一化灵敏度和FoM值分别提升了100%、109%和147%。3.采用石墨烯材料,石墨烯传感器有效解决了因传统超材料吸收器使用金属材料设计而不具备可调谐能力的问题。结果表明,通过改变石墨烯费米能级,传感器能实现可调谐功能,调谐灵敏度可达11.26 THz/eV。同时,加入石墨烯降低了传感器的欧姆损耗,提高了传感器与太赫兹波之间的共振强度,传感器获得了突出的传感性能。传感器可实现的最大灵敏度为3.701 THz/RIU,最大归一化灵敏度为0.635RIU-1,最大Q值为170,最大FoM为169 RIU-1。此外,通过在石墨烯微结构层下方添加介质槽,进一步增大了分析物与局部增强电磁场的接触面积,加强了两者的相互作用,石墨烯传感器的传感性能得到提升。相比于优化前,已优化传感器的最大灵敏度、归一化灵敏度和FoM值分别提升了29%、55%和69%。
其他文献
随着第五代移动通信技术的到来,快速发展的物联网技术逐步深入应用于生活中,远程数据监控平台的研究和应用成为物联网领域的热点。然而应用于无人无源场景的数据监控平台面临着数据采集终端功耗大、多设备数据管理不全面的问题,因此设计一种功耗低、便于管理的数据监控平台具有一定的现实意义。本课题通过对关键器件选型降低了硬件功耗、对基于DPM算法设计降低了终端运行功耗以及通过对云平台的开发方便了对终端采集数据的管理
太赫兹波由于光子能量低、穿透力强、频带范围宽等特点,在宽带无线通信、生物传感、安全检查和光谱成像等领域有巨大应用前景。在太赫兹通信、成像、传感检测等应用领域都需要对太赫兹波幅值与偏振进行调控,传统自然材料由于尺寸限制,对太赫兹波幅值与偏振的调控能力有限。超材料是一种周期性亚波长结构组成的人工电磁材料,基于超材料的太赫兹器件设计灵活、体积小、易于集成,已经成为太赫兹波调控器件研究重点之一。二氧化钒是
随着电子科学技术的飞速发展,电磁波辐射污染越来越严重,为了解决电磁污染问题,电磁波吸收材料的研发引起了学者的格外关注。稀土锰氧化物有介电损耗也有磁损耗以及稀土元素具有特殊的4f电子轨道性质,随着研究的不断深入,稀土类锰氧化物在吸波方面发挥着越来越重要的作用。本论文使用溶胶凝胶法制备了REMnO3（RE=La、Pr、Nd）三种稀土锰氧化物,通过一系列表征和性能测试,确定了以PrMnO3为基体,并研究
水下节点定位技术是水下无线传感器网络（Underwater Wireless Sensor Networks,UWSN）应用的重要基础。准确的节点位置信息,是传感器节点采集数据有效的前提。但由于水下环境复杂,水下节点的部署比陆地节点更为稀疏、水下网络结构不均匀且节点难以回收,从而给水下节点定位带来困难。机器学习节点定位能够提高节点定位的准确率和算法鲁棒性,因此本文基于机器学习算法,对传统测距定位算
飞行器在现代武器装备中的地位越来越重要,随着作战环境趋于复杂化,对飞行器的作战能力、性能保障的要求也随之提高,做好飞行器的性能测试、故障诊断是保证飞行器作战能力的前提。因此研制一套可靠性强、测试精度高、测试速度快的综合测试系统,对保障飞行器作战能力有重要意义。本文对某飞行器特点及测试需求进行分析,确定了以工控机为核心,外接PXI总线测试设备的系统总体方案。通过分析飞行器待测信号数量及电气特性,完成
无铅高温压电陶瓷因同时具备高居里温度与优秀电性能被广泛应用于极端环境下的电子设备的传感、驱动,BiFeO3-BaTiO3（BF-BT）陶瓷是其中极具代表性的一员。目前,在BF-BT陶瓷退极化温度的研究中,非原位退极化是粗略估算其退极化温度的常用实验方法,但这种方法不能反映陶瓷的高温实时压电响应变化。为了进一步提高BF-BT陶瓷高温压电性能的稳定性,本文采用原位退极化的实验方法测定了陶瓷在高温应用环
K0.5Na0.5NbO3（KNN）基陶瓷具有优异的铁电性、热释电性和压电性,被认为是铅基陶瓷潜在的替代者之一。本文以KNN为基底,采用传统固相烧结工艺,引入Sr(M0.5Ta0.5)O3（M=Yb,In）作为第二组元进行改性研究,通过组分调节来制备具有一定铁电性的透明陶瓷,在此基础上,再添加稀土Er或Ho元素使陶瓷材料具备上转换发光性能,系统研究了第二组元含量对陶瓷结构、光学和电学性能的影响,并
随着工业的飞速发展,地下水污染以及道路路基沉降、积水等问题也日益严重。开展地面物探技术研究,对保障人民的生命财产安全,促进绿色生态发展和社会和谐稳定有着重要意义。由于地下探测环境的复杂性以及目标信息获取和数据处理方法的局限性,传统的超宽带探地雷达的固有缺陷愈发不可忽视。如地下有耗介质导致超宽带信号产生的色散效应,使得现有的GPR技术不能有效地推断裂隙的位置、走向等信息。因而本文采用多分集的思想,结
随着我国综合国力的提高,机动车保有量急剧增加,交通拥堵日趋严重。着力建设以公共交通优先为主体的城市交通分工结构是近年来的研究热点。目前主流经济学理论指导的居民交通工具选择研究仍存在一些缺陷,一是主流经济学的经济增长理论与模型无法从分工的角度解释交通工具选择给社会经济发展推动作用。二是方法的缺陷,仅采用边际分析的方法而忽略了个人内生选择分工与专业化水平决策。因此,在面临愈发严重的城市交通拥堵问题的压
Fabry-Perot Cavity天线（FPCA）与笨重的喇叭天线和传统的微带阵列天线相比,具有高增益、简单的馈电网络、低加工成本等优点,因此FPCA在当前或者下一代通信中具有潜在价值。另一方面由于极化可重构天线可实现不同极化的切换,能够提高频谱利用率,避免了极化失配造成的能量损失。极化可重构天线可以满足当代通讯信道多变和高效率的要求,因此本文就宽带高增益FPCA和极化可调技术进行了研究。1.对