太赫兹双磁矩环偶极子传感芯片及其在原油检测中的应用

原油样品中主要成分的快速检测及产地溯源对国防安全及生态环境等领域意义重大。现阶段的原油成分检测操作复杂、成本高且检测时间较长,无法满足对原油成分的快速检测及原油产地快速溯源的需求。文中结合高灵敏太赫兹检测芯片(基于双磁矩环偶极子)和时域太赫兹波谱系统,测试了不同产地原油样品的太赫兹光谱,发现芯片谐振峰频移呈现不同的规律。且对于原油中两个最主要的指标硫含量和残碳量,可分别根据它们的频移规律进行定量分析。实验数据计算表明:相同产地的原油的谐振频率平均值相对差值平均为4.63%,不同产地的原油的谐振频率平均值的相对差值平均为56.53%,可明显区分出原油的产地。设计的超表面芯片激发了电磁新模式,提供了一种高灵敏度的检测技术,可广泛应用于生物分子实时监测或探测化学物质(如原油)成分检测、产地溯源等领域。

基于太赫兹石墨烯等离激元的多参数相位可调谐结构及其应用

太赫兹波的振幅和相位进行主动调控由于在太赫兹功能器件方面的广泛应用,受到了广泛关注.目前采用的金属-介质-金属超表面结构结合石墨烯等二维材料可实现太赫兹振幅/相位的动态调控,但存在调控自由度少(电压或光强)以及超表面结构加工工艺复杂及价格昂贵等缺点.本文提出了一种棱镜耦合石墨烯等离激元结构的相位调控结构.该结构不仅可以通过通常方式调控费米能级实现对相位的调控,还可以通过调控空气隙的厚度和预铺石墨烯的层数改变结构的本征损耗和辐射损耗,从而对结构的相位进行调控,这是由结构中的本征损耗和辐射损耗的差值决定,与结构处于欠耦合/过耦合状态密切相关.对结构相位的调控还会导致太赫兹古斯汉欣位移大小和正负的选择.进一步,本文阐述了结构的欠耦合和过耦合状态对古斯汉欣位移的符号有重要影响.结果表明,通过对空气隙的厚度和石墨烯的费米能级进行动态调控,改变系统的本征损耗和辐射损耗,可以实现相位的调控,最终实现过阻尼到欠阻尼的转变.在此物理过程中,系统的古斯汉欣位移也会发生明显的变化.与金属-介质-金属超表面结构相位调控器相比,本文提出的结构具有工艺简单(不需要微结构加工工艺),可调谐自由度高(可利用石墨烯费米能级和空气隙动态调控,还可通过控制石墨烯层数调控)等优点.本文结果为多参数可调谐的太赫兹传感器件的发展开辟了新的途径.

高灵敏太赫兹双谐振法诺传感器检测透明质酸

透明质酸在临床医药等领域具有极高的价值,其浓度变化可直接反映机体健康程度。但由于透明质酸在机体内浓度较低,传统检测方法存在检测速度慢和灵敏度低等缺点,故快速与高灵敏的微量透明质酸检测技术具有重大意义。设计并实验验证了一种基于法诺和偶极子双波段的非对称刀切谐振环传感器,用于快速、有效、灵敏地检测低浓度透明质酸,分析了传感器的灵敏度。仿真结果表明,选择合适的不对称参数后,传感器的双波段灵敏度保持接近,且均大于150 GHz·RIU-1(RIU为折射率单位)。实验结果表明,不同浓度的透明质酸溶液样品在刀切谐振环传感器上产生的两个共振峰频移均可用希尔模型拟合,相关度大于0.99,检测极限可达1 mɡ·mL-1。本研究为快速、准确、高效地检测透明质酸提供了一种新的方法。