【摘 要】
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大多数有机及生物大分子在太赫兹波段有特征指纹谱,为识别和定量研究这些分子带来很大方便。然而实际应用中,需要通过测量微量的样品来得到这些分子的太赫兹谱线。这通常需要额外的敏感结构增强微量样本的太赫兹响应。目前亚波长结构阵列组成的超表面结构是一类主要的敏感结构,人们一般利用Q值表征超表面结构对电磁波局域增强的效果,即太赫兹波与样品相互作用的强度。连续域束缚态和表面等离子体是设计高Q超表面结构的常用原理
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大多数有机及生物大分子在太赫兹波段有特征指纹谱,为识别和定量研究这些分子带来很大方便。然而实际应用中,需要通过测量微量的样品来得到这些分子的太赫兹谱线。这通常需要额外的敏感结构增强微量样本的太赫兹响应。目前亚波长结构阵列组成的超表面结构是一类主要的敏感结构,人们一般利用Q值表征超表面结构对电磁波局域增强的效果,即太赫兹波与样品相互作用的强度。连续域束缚态和表面等离子体是设计高Q超表面结构的常用原理,本文基于这两种原理设计了几种高Q太赫兹超表面结构,并利用电磁仿真软件对其灵敏度进行了定性和定量研究,主要研究内容如下:（1）设计了一种基于连续域束缚态的全介质太赫兹超表面结构,其单元由两个高阻硅棒构成。通过改变其中一个棒的尺寸和位置可以激发对称保护束缚态和准束缚态等高Q响应,可实现超高Q值（5.36×10~6）的共振。并利用多极子分解方法,确认了其中一个高Q响应来自激发电环偶谐振模式,另一个高Q响应来自激发磁环偶谐振模式。最后对几个高Q谐振模式的传感灵敏度进行分析,中心频率为0.42THz时,最高的灵敏度为0.13THz/RIU。（2）提出了一种基于全介质超表面耦合的太赫兹人工表面等离子体高Q敏感结构,利用全介质超表面代替了传统的耦合棱镜,使器件体积大大减小。垂直入射的太赫兹波被介质超表面偏折一定角度,在衬底底部的波矢动量与周期性金属凹槽阵列所支持太赫兹人工表面等离子体波矢相匹配,结果在反射谱里形成高Q值谐振峰,Q值可达1143（中心频率0.49THz）,传感灵敏度为0.20THz/RIU。（3）提出了一种基于光栅耦合太赫兹人工表面等离子高Q敏感结构,在单层金属结构上同时构造周期性光栅和太赫兹人工表面等离子体结构,在太赫兹波垂直入射条件下,实现两者波矢相匹配,可以同时在反射谱和吸收谱中激发高Q值谐振峰,大大方便实际检测和应用,Q值达到1933（中心频率0.22THz）,传感灵敏度为0.067THz/RIU。
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