基于Fano共振的全介质型超表面甲烷传感器设计
刘海
周彤
陈聪
高鹏
戴耀威
王晓林
段森浩
高宗阳
中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏徐州 221116
摘要：与传统甲烷传感器相比,超表面甲烷传感器具有高度灵敏、性能稳定、小型化、集成化、多功能可定制等优点,更满足在煤矿等复杂环境下的应用需求.设计了基于Fano共振的全介质型超表面甲烷传感器.超表面结构由周期性的硅纳米结构和SiO2衬底组成,包含4个方形硅环纳米结构及中心的硅纳米方块.通过改变几何参数观察其对全介质超表面结构Fano共振的影响,结果表明,综合考虑结构的品质因数和调制深度,应选取方形硅环中心距离为1 000 nm,方形硅环的内边长为100 nm,硅纳米块的边长为200 nm,此时品质因数为227.60,调制深度为99.98％,接近100％.通过在超表面结构内涂覆甲烷气敏薄膜实现传感检测功能,结合极窄线宽的Fano谐振特性和显著的局域场增强效应,实现对甲烷气体的高精度检测.仿真结果表明:全介质超表面传感器对甲烷体积分数的灵敏度为-0.953 nm/％,且甲烷体积分数变化与共振峰偏移量呈线性关系,监测性能较好;全介质超表面传感器的折射率灵敏度高达883.95 nm/RIU,且共振峰偏移量与环境折射率增量呈线性关系,可用于检测环境折射率的变化.
关键词：甲烷传感器Fano共振超表面器件品质因数调制深度灵敏度环境折射率
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家重点研发计划(2021YFC2902702)国家重点研发计划(2021YFC2902703)国家重点研发计划(2021YFC2902704)国家自然科学基金(51874301)
论文发表日期：2023-09-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 106-114 )
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