基于连续域束缚态的太赫兹超表面甲烷传感器设计
刘海
王麒尧
高鹏
王馨艳
冯星宇
崔鸿忠
高鹏飞
中国矿业大学信息与控制工程学院,江苏 徐州 221116
摘要：相较于传统矿用甲烷传感器,超表面甲烷传感器在灵敏度、稳定性等方面具有较显著的优势,能够更好地满足矿井生产实际需要.针对现有金属太赫兹超表面传感器对折射率的灵敏度相对较低的问题,设计了一种基于连续域束缚态的太赫兹超表面甲烷传感器.超表面结构为金属-介质-金属 3层结构,其中金属材料为金,介质材料为聚酰亚胺,上层金属结构为圆环,通过调节左侧开口大小改变结构的对称性,从而引起准连续域束缚态(QBIC).分析结果表明,左侧开口间距为 5μm时调制深度最大,为 95.69%.在超表面结构上覆盖 1层甲烷气敏膜材料(cryptophane-A),得到甲烷传感器.选取 5种体积分数的甲烷和 5种环境折射率验证甲烷传感器检测性能,结果表明:金属太赫兹超表面传感器对折射率和甲烷体积分数的灵敏度分别为 949 GHz/RIU和4.4 GHz/%,且折射率和甲烷体积分数与QBIC谐振峰的变化呈较好的线性关系.设计了一种方环金属超表面甲烷传感器,将其与圆环结构进行对比,发现圆环结构在Q因子、调制深度和灵敏度等方面均优异于方环结构.
关键词：甲烷传感器太赫兹超表面传感器连续域束缚态圆环结构折射率灵敏度
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
论文发表日期：2025-02-09
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）
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