多諧振型太赫茲超材料生物傳感器研究.pdf

1、超材料是由周期性排列的亞波長單元陣列所構(gòu)成的新型人工復(fù)合型電磁材料，具有自然界中常規(guī)材料所不具備的特殊電磁特性，如負(fù)折射率、負(fù)介電常數(shù)、反多普勒效應(yīng)等。其中，諧振型超材料具有微納尺寸縫隙，可顯著增強(qiáng)局域電磁場強(qiáng)度，對周圍環(huán)境的介電特性變化特別敏感。因此，諧振型超材料可廣泛地應(yīng)用于傳感探測領(lǐng)域。同時(shí)，太赫茲波的光子能量相對較低，能夠激發(fā)生物分子的集體震蕩模式，可增強(qiáng)對生物分子的探測的靈敏度;另外，大多數(shù)生物分子在太赫茲波段具有特定的指紋譜

2、，在識(shí)別和探測生物分子方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢?；谏鲜鲈?，本文設(shè)計(jì)了兩種不同結(jié)構(gòu)的太赫茲超材料傳感器，分別為基于互補(bǔ)型雙諧振和基于吸收器的多諧振的太赫茲超材料生物傳感器，并采用基于有限元方法的數(shù)值仿真軟件HFSS分別對兩種傳感器的靈敏度進(jìn)行模擬計(jì)算和數(shù)值優(yōu)化分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴設(shè)計(jì)一種基于互補(bǔ)型雙諧振超太赫茲材料生物傳感器，其結(jié)構(gòu)單元由圓環(huán)間隙構(gòu)成。采用數(shù)值仿真軟件對傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對其表面電流和電場分布進(jìn)

3、行模擬計(jì)算。表面電流和電場分布證明:雙諧振分別來源LC諧振和電偶極子諧振。在此基礎(chǔ)之上，分析了附著物的厚度和折射率對其傳感性能的影響，計(jì)算結(jié)果表明:該傳感器對附著物的折射率和厚度變化非常靈敏，其靈敏度遠(yuǎn)大于單諧振型太赫茲超材料傳感器的靈敏度。⑵由于超材料吸收器的吸收峰具有非常窄的半波帶寬度(FWHM)，并對外界環(huán)境的變化具有較高的靈敏度，設(shè)計(jì)了一種基于吸收器的三諧振型太赫茲超材料生物傳感器，其結(jié)構(gòu)單元由上下對稱的雙開口環(huán)構(gòu)成。利用仿真軟