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近日，青岛青源峰达太赫兹科技有限公司高级产品经理刘平安联合中国计量大学李向军副教授在SCI期刊《Photonics》上发表了题为“Enhancing the Terahertz Absorption Spectrum Based on the Low Refractive Index All‐Dielectric Metasurface”的研究性论文。Photonics期刊2022年影响因子为2.536。
文章设计了一个角度复用的低折射率介质超表面，用于增强乳糖的太赫兹吸收光谱。首先设计并优化了ABS树脂正方形的单元结构。利用青岛青源峰达太赫兹科技有限公司的QT-TO1000 太赫兹三维层析成像系统及电动角度转盘（2-DD01）改变太赫兹波的入射角度，试验探究了介质表面的共振峰随角度平移情况。在介质超表面制备不同厚度的α-乳糖薄膜，研究其增强效果。多角度复用低折射率介质表面吸收光谱的共振峰幅度随样品的吸收光谱变化很大。结果表明，谐振峰相连的包络线形成的增强吸收谱比没有超表面结构的乳糖薄膜吸收谱强45倍。提出的介电超表面在测量薄膜太赫兹吸收谱方面具有很大的潜力，可用于检测痕量物质。
▲ 太赫兹三维层析成像系统及电动角度转盘装置示意图
▲ 基于介质表面多角度复用的太赫兹吸收增强检测原理图
(a)具有多个入射角α的介质表面的角复用原理
(b)介质表面的单元结构
▲ 太赫兹波入射角和单元结构参数对反射谱和Q值变化的影响
α=20-40°,w = 120-200μm
▲ α-乳糖的介电常数和表面涂覆乳糖膜的响应特性
(a)α-乳糖的介电常数
(b)乳糖涂层石英衬底的反射 (c)透射和(d)吸收
▲ 基于角度复用的太赫兹吸收光谱增强介电表面
(a)介电表面单元结构;(b)无α-乳糖涂层介电表面反射和(c)透射;
(d)涂覆3μm厚α-乳糖涂层的介电表面的反射和(e)与无涂层对比;
(f)涂覆3μm厚α-乳糖涂层的介电表面的吸收特性
▲ 不同入射角下乳糖涂层介质表面的电场分布
(a)入射角为15°，共振频率为0.511THz
(b)入射角为25°，共振频率为0.527THz
(c)入射角为35°，共振频率为0.534THz
(d)入射角为45°，共振频率为0.545THz
▲ 研究介质表面的多极分解的散射功率
其中P、M QE、QM、ET和MT分别是
电偶极子、磁偶极子、电四极子、磁四极子
电环形偶极子和磁环形偶极子
(a)入射角为15°，共振频率为0.511THz;
(b)入射角为25°，共振频率为0.527THz;
(c)入射角为35°，共振频率为0.534THz;
(d)入射角为45°，共振频率为0.545THz
▲ 不同厚度的乳糖涂覆的电介质表面的增强吸收光谱
(a)1μm;(b)1.5 μm;(c)2μm;(d)2.5μm;(e)3μm;(f)比较结果
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