《表1 报道的典型太赫兹传感器的综合性能比较》

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《基于亚波长金属耦合腔光栅的太赫兹传感器》

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下面具体讨论类电磁诱导透明模的太赫兹传感性能。图5给出金属耦合腔光栅在不同折射率下的类电磁诱导透明谱，以及共振峰的频率、品质因数、光谱宽度与传感优值等随感测折射率变化的曲线。图5(a）的仿真结果表明，随着分析物折射率的增大，传感谱发生明显的红移，且共振峰锐度增加。当折射率从n=1增加到n=2时，共振频率从21.5THz向低频移动到10.7THz，计算结果如图5(b）所示。共振频率随折射率的改变呈现出反比例变化关系，与方程（2）的解析描述相符合。当填充分析物改变折射率n时，可由该方程直接计算出类电磁诱导透明模的频率变化。当折射率n=1.2时，理论计算得出的共振频率为f=c/\""lm=17.9THz，这与图5中仿真结果高度吻合。类似地在其它折射率下，共振频率的理论计算值均与仿真结果相一致。值得注意的是，由图5(a）和图5(b）可见，等量增加折射率#n，所引起的频率红移量#f并不等量，这反映了传感灵敏度S=#f/#n将随着折射率而变化，与方程（3）的理论预期一致。根据图5(b）计算出灵敏度为22THz/RIU(n=1）、15THz/RIU(n=1.2）、11THz/RIU(n=1.4）、9THz/RIU(n=1.6）、7THz/RIU(n=1.8）和6THz/RIU(n=2.0）。这与报道的超材料太赫兹传感器相比，灵敏度获得了大幅度提升[4，16-20]。而且，传感谱的品质因数Q=f/FWHM同时获得了大幅度增强，Q因子突破102量级[15-20]。其中f和FWMH (Full-width at half-maximum）分别表示类电磁诱导透明峰的共振频率和谱线宽度。谱线宽度FWMH定义为峰值高度一半处的透明窗口宽度。图5(c）的结果表明传感谱的Q因子可高达103-148。值得指出的是，类电磁诱导透明峰具有的窄谱线宽度FWHM和高灵敏度S，决定了金属耦合腔光栅具有高性能的传感优值FOM[18-20]。图5(d）给出了FOM=S/FWHM的计算结果，展示了高达55-152的传感品质优值。表1给出典型太赫兹传感器设计的综合性能比较分析。与报道的基于超材料、平板波导耦合腔和石墨烯光栅等太赫兹传感器设计相比，金属耦合腔光栅在品质因数（Q=103-148）、灵敏度（S=6-22THz/RIU）和传感优值（FOM=55-152）方面均表现出显著优势，是一种有应用潜力的太赫兹传感设计方案。