基于雙U結構的太赫茲傳感器

摘 要：近年來，太赫茲技術不斷發展，已經成為各國必須加以重視的領域，與其相關的功能器件也層出不窮。本文設計了一種太赫茲波段下的超材料傳感器，通過對超材料結構參數的改變，進而研究其傳感性能。該設計提供了一種新的太赫茲波段傳感器的設計思路，具有較大潛在應用價值。

關鍵詞：太赫茲；超材料；傳感器

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0251-01

1 前 言

隨著新科技浪潮的興起，世界已經開始進入到信息化時代，IT技術、生命科學和納米材料學作為三大支柱型科技，引領了未來發展的主要方向。在科技發展的進程中，對于信息的掌握和利用必然被放在首位，傳感器是在此過程中獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。因此，傳感器作為一種光電器件，近幾年得到了廣泛研究，其中包括了超材料傳感器。超材料傳感器是一種靈敏度高、可以突破傳統的傳感器分辨率極限的無標記檢測器件[1～4]。本文借助超材料的思想，設計了一種可以工作在太赫茲波段傳感器。

2 結構設計與實驗方法

該傳感器的設計尺寸示意圖如圖1所示。圖1表示傳感器的其中一個單元，由天藍色基底和黃色的金屬結構構成。基底選擇Mylar材料，其厚度為22m，單元尺寸為336m×208m，如圖1（a）。Mylar材料像透明塑料薄膜一般，同時也能透過太赫茲，因此用這種材料作為基底不會影響其余結構的響應。Mylar基底上覆蓋著雙U形金屬結構，該金屬結構由鋁通過傳統蒸鍍工藝得到，其厚度為0.4m，包括兩個尺寸相同，反向對稱的U形結構，U形結構的長為152m，寬為80m，線寬為18m，如圖1（b）。

在樣品的測量中，我們采用了基于光電導天線的8-F共焦式寬帶太赫茲時域頻譜系統（THz-TDS），該系統的太赫茲束腰直徑約3.5mm，我們把樣品放在束腰處，并且讓太赫茲垂直入射到樣品上，在樣品的另一側探測太赫茲的透射譜。

3 結 果

如圖2中的曲線所示，當傳感器結構中的X為156m時，在0.38～0.47THz之間出現了一個帶寬接近0.1THz的寬帶諧振譜。顯然，要用這樣的寬帶諧振譜去實現傳感功能是不行的，因為我們希望設計的傳感器對被感知物越靈敏越好，而從以往的研究文獻中，科研工作者已經提出要提高傳感器的靈敏度，需要得到窄帶諧振譜，即諧振的Q值越高，傳感器的靈敏度越高[5～6]。為了提高傳感器的靈敏度，我們改變X取值，使其從52～182m變化，分別用X2～X7表示，這樣，我們一共加工了6個樣品。從圖2可以看出，當X取值越大，諧振越往低頻移動，當X7=182m時，諧振藍移到了0.31THz處，諧振谷也尖銳了很多，說明Q值增大了。因此，增大X的尺寸，可以增加傳感器靈敏度。

4 結 論

我們利用雙U形結構設計了一種在Mylar基底上新型太赫茲傳感器，通過增大U形結構中的X的長度，發現傳感器的諧振更尖銳。該發現為實現靈敏度更高的傳感器提供了新方案。

參考文獻

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收稿日期：2018-11-6

作者簡介：劉詩琪（1997-），男，漢族，山西朔州人，學生，本科在讀，研究方向為太赫茲傳感器。