基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

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基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

郑伟, 范飞, 陈猛, 白晋军, 常胜江

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郑伟, 范飞, 陈猛, 白晋军, 常胜江. 基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003

引用本文:

郑伟, 范飞, 陈猛, 白晋军, 常胜江. 基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003

Zheng Wei, Fan Fei, Chen Meng, Bai Jinjun, Chang Shengjiang. Terahertz refractive index sensing of microfluid based on metamaterials[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003

Citation:

Zheng Wei, Fan Fei, Chen Meng, Bai Jinjun, Chang Shengjiang. Terahertz refractive index sensing of microfluid based on metamaterials[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(4): 420003-0420003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0420003

基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

doi: 10.3788/IRLA201746.0420003

1.
南开大学现代光学研究所,天津 300071;
2.
天津工业大学电子与信息工程学院,天津 300387

基金项目:

国家重点基础研究发展计划（2014CB339800）;国家自然科学基金（61171027、61505088）;天津市自然科学基金（15JCQNJC02100）;国家高技术研究发展计划（2011AA010205）;高等学校博士学科点专项科研基金（20131201120004）

作者简介:
郑伟(1986-),男,博士生,主要从事太赫兹功能器件方面的研究。Email:zhengweinku@163.com

中图分类号: TN214

Terahertz refractive index sensing of microfluid based on metamaterials

1.
Institute of Modern Optics,Nankai University,Tianjin 300071,China;
2.
School of Electronics and Information Engineering,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387,China

摘要: 设计加工了一种太赫兹超材料微流体传感器件，利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain，FDTD）对其在太赫兹波段的传输、谐振及传感特性进行数值模拟。采用太赫兹时域光谱系统实验研究了偏振方向对传感器灵敏度的影响。实验结果表明，当超材料谐振环开口方向与入射太赫兹波的偏振方向平行和垂直时，折射率传感灵敏度可分别达到39.29 GHz/RIU和74.43 GHz/RIU。通过等效电路模型对该超材料器件的传输和谐振特性做了分析，并进一步明确了其传感机制。该超材料器件可对微量液体（5 l/mm2）实现芯片式的折射率传感，具有较高的传感灵敏度，在化学生物传感器的设计和制造领域具有潜在的应用前景。
- 太赫兹 /
- 超材料 /
- 传感
Abstract: A metamaterial device was designed and fabricated for microfluidic sensing in the terahertz regime, its transmission, resonance and sensing properties were numerically simulated in terms of the Finite Difference Time Domain(FDTD). The influence of polarization direction on the sensitivity of sensor was experimentally investigated by terahertz time-domain spectroscopy system. The experimental result shows that when the resonant metamaterial ring opening direction is parallel and perpendicular with the direction of polarization of the incident THz wave, the refractive index sensing sensitivity can reach 39.29 GHz/RIU and 74.43 GHz/RIU, respectively. The transmission and resonance characteristics of the metamaterials are analyzed by the equivalent circuit model to further clarify the sensing mechanism. This THz metamaterial device has the potential applications in sensing chemical and biological component because it is capable of realizing the refractive index sensing of microliquid (5 l/mm2) with a high sensitivity.
- terahertz /
- metamaterials /
- sensing

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基于太赫兹超材料的微流体折射率传感器

doi: 10.3788/IRLA201746.0420003

1. 南开大学现代光学研究所,天津 300071;

2. 天津工业大学电子与信息工程学院,天津 300387

作者简介:
郑伟(1986-),男,博士生,主要从事太赫兹功能器件方面的研究。Email:zhengweinku@163.com

收稿日期: 2016-08-05
修回日期: 2016-09-10
刊出日期: 2017-04-25

基金项目:

国家重点基础研究发展计划（2014CB339800）;国家自然科学基金（61171027、61505088）;天津市自然科学基金（15JCQNJC02100）;国家高技术研究发展计划（2011AA010205）;高等学校博士学科点专项科研基金（20131201120004）

中图分类号: TN214

关键词:

太赫兹 /
超材料 /
传感

摘要: 设计加工了一种太赫兹超材料微流体传感器件，利用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain，FDTD）对其在太赫兹波段的传输、谐振及传感特性进行数值模拟。采用太赫兹时域光谱系统实验研究了偏振方向对传感器灵敏度的影响。实验结果表明，当超材料谐振环开口方向与入射太赫兹波的偏振方向平行和垂直时，折射率传感灵敏度可分别达到39.29 GHz/RIU和74.43 GHz/RIU。通过等效电路模型对该超材料器件的传输和谐振特性做了分析，并进一步明确了其传感机制。该超材料器件可对微量液体（5 l/mm2）实现芯片式的折射率传感，具有较高的传感灵敏度，在化学生物传感器的设计和制造领域具有潜在的应用前景。

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