基于遗传算法的多频段太赫兹类电磁诱导透明超材料传感器的优化设计

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作者 葛宏义 贾志远 +5 位作者 蒋玉英 张元 吴旭阳 季晓迪 孙振雨 崔光远 《量子电子学报》 北大核心 2025年第3期369-380,共12页

超材料的类电磁诱导透明(EIT)效应提供了一种独特的方法来增强光与物质的相互作用,在高灵敏传感方面显示出巨大的应用潜力。然而,传统的太赫兹超材料优化方法主要依赖于研究者的经验,如何快速优化并实现多频段的高灵敏度仍然具有挑战性... 超材料的类电磁诱导透明(EIT)效应提供了一种独特的方法来增强光与物质的相互作用,在高灵敏传感方面显示出巨大的应用潜力。然而,传统的太赫兹超材料优化方法主要依赖于研究者的经验,如何快速优化并实现多频段的高灵敏度仍然具有挑战性。针对以上问题,本工作采用遗传算法,设计并优化了一种具有类EIT效应的超材料传感器,通过三维电磁场仿真计算与遗传算法的结合实现参数的自动优化。结果表明,使用遗传算法优化结构参数可以减少大量重复的人工操作,提高了设计效率。设计的传感器在0.3~1.5 THz频率范围内产生了三个类EIT透明窗口,通过衬底刻蚀的方法增强了电场与待测分析物的耦合,显著提高了传感器的灵敏度。此外,为验证所设计的EIT超材料作为生物传感器的潜力,还对农药分析物进行了模拟传感。结果表明该传感器能够通过共振频移辨别不同折射率的物质,并且具有多点特征匹配的优势,在传感检测领域具有广阔的发展前景。 展开更多

关键词 光电子学 太赫兹超材料 类电磁诱导透明 多频段 高灵敏度

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太赫兹全介质超材料的类电磁诱导透明效应研究

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作者 戴仁坤 田江锟 +3 位作者 邹宜足 王豆豆 孔德鹏 马天 《光子学报》 北大核心 2025年第6期125-133,共9页

设计了一种新型双圆柱结构的类电磁诱导透明(EIT)超材料,其基本单元由两个中空的钽酸锂(LiTaO_(3))圆柱组成。通过有限元算法对超材料的光学特性及其类EIT效应进行了模拟分析。模拟结果表明,经过优化设计的超材料能够激发具有极高品质因... 设计了一种新型双圆柱结构的类电磁诱导透明(EIT)超材料,其基本单元由两个中空的钽酸锂(LiTaO_(3))圆柱组成。通过有限元算法对超材料的光学特性及其类EIT效应进行了模拟分析。模拟结果表明,经过优化设计的超材料能够激发具有极高品质因子(Q值约为4.63×10^(4))的环形偶极子共振。通过分析谐振状态下的多极子功率分布图和电磁场的空间分布,验证了超材料谐振是由环形偶极子激发的。进一步优化两个圆柱之间的距离,实现了在1.102 THz附近的类EIT效应,并通过调整结构参数,实现了对EIT效应Q值的有效调控。该类EIT效应是由环形偶极子与磁偶极子之间的耦合作用产生的。所提出的类EIT超材料具有低损耗和易于制备的特点,在生化传感以及高灵敏度光学传感器领域具有重要的应用潜力。 展开更多

关键词 太赫兹 介质超材料 电磁诱导透明 环形偶极子 钽酸锂

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基于电磁场作用增强的超材料吸收体太赫兹微流传感器 被引量：8

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作者 陈涛 黄锋宇 +2 位作者 钟鑫 蒋未杰 张大鹏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期131-141,共11页

为解决因分析物与局部增强电磁场弱相互作用而导致传感器灵敏度偏低的问题,通过引入微流控技术,提出一种基于电磁场作用增强的超材料吸收体太赫兹微流传感器。传感器与太赫兹波相互作用产生磁偶极子共振,在0.4~1.4 THz频段内可产生两个... 为解决因分析物与局部增强电磁场弱相互作用而导致传感器灵敏度偏低的问题,通过引入微流控技术,提出一种基于电磁场作用增强的超材料吸收体太赫兹微流传感器。传感器与太赫兹波相互作用产生磁偶极子共振,在0.4~1.4 THz频段内可产生两个吸收率高于98%的谐振峰。同时,通过集成微流通道,极大促进了分析物与位于法布里-珀罗谐振腔内局部增强电磁场的相互作用,传感器灵敏度可达537 GHz/RIU。另外,结构单元设计为四重旋转对称结构,传感器具备良好的极化不敏感和宽入射角度不敏感特性。结果表明,所设计的传感器具有灵敏度高和偏振不敏感等特性,在无标记微量物质检测领域具有良好的应用潜力。 展开更多

关键词 太赫兹 超材料吸收体 传感器 微流通道 电磁场作用增强

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太赫兹波段单层复合型人工电磁材料的研究

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作者 熊伟 姚军 +1 位作者 李伟 沈京玲 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期81-86,共6页

利用微细加工技术,制作出太赫兹波段人工电磁材料,从实验和理论上研究了金属矩形阵列在太赫兹波段的谐振频率及带宽与矩形长度的关系。并利用谐振频率随矩形孔长度增大而向低频移动的特性,在同一层金属上,将两个不同尺寸的金属矩形结构... 利用微细加工技术,制作出太赫兹波段人工电磁材料,从实验和理论上研究了金属矩形阵列在太赫兹波段的谐振频率及带宽与矩形长度的关系。并利用谐振频率随矩形孔长度增大而向低频移动的特性,在同一层金属上,将两个不同尺寸的金属矩形结构复合在同一个周期内,制作出单层复合型人工电磁材料。模拟和实验结果表明,单层复合型人工电磁材料实现了调节中心频率、频率拓宽以及多频段带阻功能。此研究为太赫兹滤波器等无源器件提供了新的设计思路和加工方法,对太赫兹科学技术的发展和应用具有重要意义。 展开更多

关键词 太赫兹 人工电磁材料 金属矩形阵列 单层复合型阵列

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人工电磁超材料的电磁波调控特性 被引量：4

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作者 金飚兵 冯一军 伍瑞新 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期235-253,共19页

人工电磁超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,并且拥有可设计性和可灵活调节性质,可实现对电磁波传播性能进行新的调控,是近年来的研究热点.本文介绍了一系列运用人工电磁超材料调控电磁波传播的功能器件,包括非对称电磁波传输器... 人工电磁超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,并且拥有可设计性和可灵活调节性质,可实现对电磁波传播性能进行新的调控,是近年来的研究热点.本文介绍了一系列运用人工电磁超材料调控电磁波传播的功能器件,包括非对称电磁波传输器件、可调节电磁波吸波结构、电磁波极化调制器件,磁性光子晶体、磁性左手材料和基于超导薄膜的太赫兹人工电磁超材料,这些器件运用人工超材料的特殊物理特性和参数可设计性,具有全新的功能和优势,有效提高了对电磁波的调控能力. 展开更多

关键词 电磁超材料 调控 磁性光子晶体 磁性左手材料 超导太赫兹人工电磁超材料

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基于手性超材料的太赫兹波非对称传输的研究 被引量：5

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作者 王锋 刘星辰 +1 位作者 王政平 史金辉 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期1638-1641,共4页

为了研究人工电磁超材料的太赫兹波非对称传输特性,设计了一种基于双层连续U形结构的人工电磁超材料,并利用有限元法数值仿真技术研究分析了其非对称传输特性,结果表明在谐振频率为2.9 THz时非对称传输系数可达0.77,由此可知此结构在太... 为了研究人工电磁超材料的太赫兹波非对称传输特性,设计了一种基于双层连续U形结构的人工电磁超材料,并利用有限元法数值仿真技术研究分析了其非对称传输特性,结果表明在谐振频率为2.9 THz时非对称传输系数可达0.77,由此可知此结构在太赫兹波段具有较好的非对称传输特性;同时对其结构参数进行了优化,选取出合理的结构参数以获得优异的超材料性能。基于双层连续U形结构人工电磁超材料的太赫兹非对称传输器具有结构简单、成本低、制备容易等优点,对实现太赫兹滤波器、太赫兹开关等超材料功能器件具有重大意义。 展开更多

关键词 电磁超材料 数值仿真 非对称传输 太赫兹波 手性 结构参数

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基于VO_(2)与光敏硅的双功能可切换THz超材料吸收器

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作者 葛宏义 贾柯柯 +5 位作者 蒋玉英 张元 季晓迪 贾志远 补雨薇 张玉洁 《电子学报》 北大核心 2025年第2期395-408,共14页

传统可调谐太赫兹宽带吸收器大多具有结构复杂和功能单一等特点,使其实际应用场景受到局限.针对这一问题,本文基于二氧化钒(VO_(2))的热相变特性与光敏硅(Si)的泵浦光敏感特性提出了一种双功能THz超材料吸收器.通过调节VO_(2)与Si的电... 传统可调谐太赫兹宽带吸收器大多具有结构复杂和功能单一等特点,使其实际应用场景受到局限.针对这一问题,本文基于二氧化钒(VO_(2))的热相变特性与光敏硅(Si)的泵浦光敏感特性提出了一种双功能THz超材料吸收器.通过调节VO_(2)与Si的电导率不仅可实现宽带吸收与电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)之间的动态切换,还可以动态调节吸收率与EIT谐振峰的振幅值.当σ(VO_(2))=2×10^(5) S/m且σ(Si)=10 S/m时,吸收器在1.24~3.65 THz范围内表现为平均吸收率在94%以上的宽频带吸收.当σ(VO_(2))=20 S/m且σ(Si)=1×10^(6) S/m时,吸收器的透射传输曲线表现为EIT效应,在1.50~2.50 THz范围内形成了幅度大于90%的谐振透明窗口.此外,利用阻抗匹配和等效电路理论进一步分析了吸收器的物理机制.随后分析了EIT谐振峰的折射率传感特性,f1和f2的传感灵敏度分别为224 GHz/RIU和310 GHz/RIU,Q值分别为3.82和18.5,具有良好的传感性能.最后分析了EIT窗口的慢光效应,结果表明该器件具有良好的慢光效果.本文提出的吸收器结构简单、工作频带宽、可调谐范围大并且双功能可切换,未来在光学器件、电磁隐身和传感检测等领域具有潜在的应用前景. 展开更多

关键词 太赫兹 超材料吸收器 宽带吸收 电磁诱导透明

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一种旋转可调的太赫兹超材料及其传感特性 被引量：10

8

作者 唐雨竹 马文英 +1 位作者 魏耀华 汪为民 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期453-457,461,共6页

本文设计了一种具有电磁诱导透明(EIT)效应的太赫兹超材料,其单元结构由水平放置的单金属线以及垂直放置的双金属线组成。仿真结果表明,通过单金属线绕其自身中心旋转,可以激发出电磁诱导透明效应。金属线的旋转角度逐渐变大,透明峰的... 本文设计了一种具有电磁诱导透明(EIT)效应的太赫兹超材料,其单元结构由水平放置的单金属线以及垂直放置的双金属线组成。仿真结果表明,通过单金属线绕其自身中心旋转,可以激发出电磁诱导透明效应。金属线的旋转角度逐渐变大,透明峰的幅度也随之增大,当旋转角度为60°时达到最大值;旋转角度进一步增大,透明峰的幅度逐渐降低;旋转角度为90°时,透明峰消失。仿真说明该结构可以通过单金属线的旋转调控透明峰的出现。最后,对旋转角度为60°时结构的传感特性进行了分析。该结构设计简单,具有可调性、较高的Q值以及良好的传感特性。 展开更多

关键词 太赫兹 超材料 电磁诱导透明 可调性 高Q值 传感特性

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人工微结构太赫兹传感器的研究进展 被引量：9

9

作者 梁丽 文龙 +1 位作者 蒋春萍 陈沁 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期12-28,共17页

近年来,太赫兹技术得到迅速发展,在通信、反恐、检测和医药等领域展现了广泛的应用潜力。尤其是许多生物分子和材料在太赫兹波段存在特征的吸收光谱,而且太赫兹波能量低损伤小等特点,使得太赫兹生化传感器越来越受到关注。然而,由于太... 近年来,太赫兹技术得到迅速发展,在通信、反恐、检测和医药等领域展现了广泛的应用潜力。尤其是许多生物分子和材料在太赫兹波段存在特征的吸收光谱,而且太赫兹波能量低损伤小等特点,使得太赫兹生化传感器越来越受到关注。然而,由于太赫兹波的波长较长与生物分子等的尺寸差别非常大,导致相互作用比较弱,从而限制了太赫兹传感器的性能。通过微纳电磁结构对光场空间分布和频率分布的调控,增强太赫兹波传感器的灵敏度是当前的研究热点。文中将重点介绍各种微纳结构太赫兹传感技术的原理和研究现状,并通过梳理其发展趋势和当前的性能制约因素,讨论此方向将来的发展方向和应用前景。 展开更多

关键词 太赫兹 传感器 人工微结构 超材料

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基于VO_2薄膜的太赫兹可调超表面结构

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作者 唐亚华 沈仕远 +4 位作者 汪璐 张豪 朱韵樵 文岐业 张怀武 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期182-188,共7页

利用二氧化钒薄膜的绝缘-金属相变特性,在硅基片上设计并制备了一种电压控制的超表面调制器件,研究在太赫兹频率范围内超表面器件的透射特性和电控可调谐特性.实验结果表明,当太赫兹波垂直入射可调超表面器件表面时,器件的透射谱线在0. ... 利用二氧化钒薄膜的绝缘-金属相变特性,在硅基片上设计并制备了一种电压控制的超表面调制器件,研究在太赫兹频率范围内超表面器件的透射特性和电控可调谐特性.实验结果表明,当太赫兹波垂直入射可调超表面器件表面时,器件的透射谱线在0. 31 THz处达到最高峰值;而当电压从0 V加至8 V时,器件的透射率明显降低,在0. 41 THz处峰值最低;在0. 2～0. 6 THz整个波段内,调制深度最大可以达到59%;而通过对器件施加电压,可以实现在两种不同谐振状态之间的可控,并产生对太赫兹透射率的调制.该实验结果对太赫兹可调超表面的研究发展具有重要意义. 展开更多

关键词 电磁场与电磁波 太赫兹 可调超表面 幅度调制 相变材料 二氧化钒 硅基片

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石墨烯材料在舰船强电磁防护技术中的应用 被引量：6

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作者 刘培国 刘翰青 王轲 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第4期1-8,共8页

[目的]针对复杂海洋战场环境下舰船电子信息系统面临的强电磁武器攻击威胁,介绍基于石墨烯材料的新型强电磁防护技术。[方法]首先分析石墨烯独特的光电特性以及可调谐性能;然后综述近年来石墨烯光电器件的研究进展,并介绍本课题组在石... [目的]针对复杂海洋战场环境下舰船电子信息系统面临的强电磁武器攻击威胁,介绍基于石墨烯材料的新型强电磁防护技术。[方法]首先分析石墨烯独特的光电特性以及可调谐性能;然后综述近年来石墨烯光电器件的研究进展,并介绍本课题组在石墨烯太赫兹调制器和石墨烯光子晶体等领域的研究成果;最后综述石墨烯及其复合物在吸波材料领域的研究现状。[结果]研究结果表明,将石墨烯材料及其光电器件用于强电磁武器防护以及舰船雷达隐身技术具有一定可行性。[结论]该研究对于提高舰船电子信息系统的电磁兼容性和生存能力、保障打赢信息化条件下的海洋战争有着重要意义。 展开更多

关键词 石墨烯 强电磁防护 可调谐性 太赫兹超材料 光子晶体

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金属网格与金属谐振环复合结构的太赫兹透过特性

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作者 熊伟 姚军 +1 位作者 李伟 沈京玲 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期146-150,共5页

本文根据SOI(Silicon-on-insulator)材料在太赫兹波段不透过太赫兹的特点,提出一种加工基于微机电系统(MEMS)可调谐太赫兹器件的新方案,并设计出与梳齿驱动加工工艺十分兼容的金属结构。此结构由金属网格和金属谐振环阵列复合构成,静态... 本文根据SOI(Silicon-on-insulator)材料在太赫兹波段不透过太赫兹的特点,提出一种加工基于微机电系统(MEMS)可调谐太赫兹器件的新方案,并设计出与梳齿驱动加工工艺十分兼容的金属结构。此结构由金属网格和金属谐振环阵列复合构成,静态的测试表明结构在太赫兹波段显出带通滤波的特性,通过改变两个元件之间的位置,能够实现0.410.53THz带通调谐。此结构加工方法简单,加工过程中只需要一块掩膜版,并且金属结构在MEMS梳齿结构释放之前就已经光刻形成,不需要两个图形的对准工艺,同时也避免了后续光刻对加工好MEMS梳齿结构的破坏。金属网格和金属谐振环构成的复合结构为微机电系统(MEMS)可调谐太赫兹器件提供了一种简单经济的加工方案和新的结构,具有较大的理论价值和实际意义。 展开更多

关键词 太赫兹 人工电磁材料 微机电系统

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超材料非对称传输器件研究 被引量：4

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作者 张雅雯 亓丽梅 +5 位作者 刘畅 俞俊生 陈智娇 刘小明 姚远 陈晓东 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期385-394,共10页

超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,通过适当设计可实现对电磁波的调控。综述了超材料非对称传输器件的研究现状,分别介绍了电磁波非对称传输的基本原理,GHz、THz频段线极化波非对称传输器件及圆极化波非对称传输器件的研究成果... 超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,通过适当设计可实现对电磁波的调控。综述了超材料非对称传输器件的研究现状,分别介绍了电磁波非对称传输的基本原理,GHz、THz频段线极化波非对称传输器件及圆极化波非对称传输器件的研究成果。分析表明基于超材料的非传输器件主要集中在微波波段,对太赫兹频段的研究较少,特别是在实验验证方面。最后讨论了超材料非对称传输器件的发展方向。 展开更多

关键词 电磁学 非对称传输 超材料 太赫兹 手性 极化

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石墨烯和对称开口谐振环超材料中可调谐的双等离激元诱导透明现象(英文) 被引量：2

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作者 范天馨 张惠芳 +3 位作者 李勇 何英 王燕 苏雪梅 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期109-117,共9页

提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构,该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟,观察到双PIT透明窗口,通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调... 提出了由石墨烯和两对对称开口谐振环构成的等离激元诱导透明(PIT)超材料结构,该PIT超材料结构之间的耦合形式为暗-亮-暗模式.通过有限元方法模拟,观察到双PIT透明窗口,通过改变石墨烯的费米能级或者改变开口谐振环的几何参数来动态地调制PIT窗口.理论结果表明,当石墨烯与两对对称的开口谐振环之间的相互作用距离为0.5μm、石墨烯费米能级为1.5eV时,可得到最优的双透明窗口.双PIT效应在非线性器件、可调谐传感器、开关和慢光器件等方面有潜在的应用价值. 展开更多

关键词 超材料 太赫兹 石墨烯 类电磁感应透明

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高Q值THz类EIT超材料及传感特性研究 被引量：8

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作者 马长伟 马文英 +1 位作者 谭毅 唐雨竹 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期83-90,共8页

设计了一种具有类电磁诱导透明(EIT)效应的高Q值太赫兹超材料。该结构单元由上下平行的双金属线及中间垂直的单金属线组成。分别对单金属线、双金属线及组合结构进行仿真,分析了组合结构中金属线的位置和尺寸对透射率及品质因数Q的影响... 设计了一种具有类电磁诱导透明(EIT)效应的高Q值太赫兹超材料。该结构单元由上下平行的双金属线及中间垂直的单金属线组成。分别对单金属线、双金属线及组合结构进行仿真,分析了组合结构中金属线的位置和尺寸对透射率及品质因数Q的影响。结果表明,随着单金属线的水平移动产生了类EIT效应,透射率和Q值随着偏移距离的增大而发生变化,通过调整结构和尺寸可以实现不同Q值。通过优化,当偏移距离为8μm时,在0.73 THz附近得到一个3d B带宽约为11.56GHz的透明窗,相应的Q值为63.09,其透射率为0.50。最后,对谐振器的传感特性进行了测量,其折射率灵敏度为60.69 GHz/RIU,FOM值为5.25/RIU,具有优异的传感特性。 展开更多

关键词 高Q值 电磁诱导透明 太赫兹 超材料 传感特性

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新型半圆环回音壁模太赫兹传感器的谐振特性分析

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作者 梁文娟 邓启敏 曹斌照 《兰州大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期279-283,共5页

提出了一种新型的半圆环回音壁模太赫兹传感器,用于对物质的电磁参数检测.其基本原理是在激励源频率给定的情况下,当被测物质的电磁参数发生变化时,对应的谐振频率也将偏移;谐振频率偏移越大,其敏感性越强.而通过在介质微环壁加载超电... 提出了一种新型的半圆环回音壁模太赫兹传感器,用于对物质的电磁参数检测.其基本原理是在激励源频率给定的情况下,当被测物质的电磁参数发生变化时,对应的谐振频率也将偏移;谐振频率偏移越大,其敏感性越强.而通过在介质微环壁加载超电磁材料倏势波得到放大的特性可以提高对检测物质的敏感性.与现有文献的相关研究结果相比,该感传器的单位介电常数平均谐振频率偏移值提高约20倍.该装置激励更方便,结构更简单,易于集成,对于输入信号也易于控制,对于提高太赫兹传感器的敏感性,进而改进传感器的性能具有重要的意义. 展开更多

关键词 超电磁材料 半圆环回音壁模 电磁检测 太赫兹传感器

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