本技术属于太赫兹超材料器件领域,提供一种基于石墨烯超材料的太赫兹多频段动态可调传感器,用以解决现有太赫兹超材料传感器存在的器件结构复杂、工作频段少、吸收效率差及传感灵敏度低等问题。本发明由若干个传感单元拼接组成,传感单元由金属反射层1、硅介质层2与石墨烯超材料层3构成,石墨烯超材料层与金属反射层分别设置于硅介质层上表面和下表面;石墨烯超材料层采用90°旋转对称结构,由井字形结构与圆环组成,井字形结构设置于圆环内,井字形结构沿中线设置,圆环对应开设缺口;基于此,本发明提供的太赫兹超材料传感器具备优异的传感性能,同时具有结构简单、工作频段多、吸收效率高和入射角度不敏感等优点。
背景技术
超材料(Metamaterials)是利用现有材料进行人工设计的周期性结构,具有天然材料不具备的许多特性,如负折射率、完美吸收及手性超材料特性等;近年来,随着太赫兹技术的不断发展,基于超材料的太赫兹传感器也在不断的创新与发展。例如,公开号为CN117451663A的专利文献中公开了一种基于风车型的太赫兹超材料传感器,在1.5THz~3THz存在三个共振吸收峰,且吸收率均达到90%以上,最大灵敏度和FOM值分别为859GHz/RIU和10RIU-1;又例如,公开号为CN117740718A的专利文献中公开了一种基于非对称劈裂环(ASR)/对称劈裂环(SSR)双环法诺共振的高灵敏度太赫兹传感器,其最大传感器灵敏度高达10.78THz/RIU,但仅为单一法诺共振吸收峰;由此可见,通过超材料结构设计可以实现具有多谐振峰的超材料吸波体传感器,也可以提升传感器性能。
目前,传统单频段的超材料传感器只能实现待测物质的特征频率与传感器谐振频率的单点匹配,较少的信息数据量会影响传感器的检测精度和灵敏度;与之相比,多频带的超材料传感器可以实现传感器谐振频率与待测物质特征频率间的多点匹配,增加反映被测物质差异的信息量,从而提升物质传感的准确性和灵敏度。为了实现多频段太赫兹传感,传统超材料传感器主要采用多个微结构组合形成共面单层结构单元或多层金属微结构堆栈结构,导致器件结构单元庞大,不利于器件的小型化发展;并且,多个微结构组合或多层结构堆栈都增加了器件制备的难度和准确度,不利于器件的实用化和商业化。由此可见,设计小型化、多频带、吸收明显、结构简单的动态可调太赫兹超材料传感器具有十分重要的现实意义和应用价值。
实现思路