(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202123004360.3 (22)申请日 2021.12.02 (73)专利权人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学城乌龙江北 大道2号福州大 学 (72)发明人 黄异　钟宇杰　钟舜聪　林廷玲　 曾秋铭　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 陈鼎桂　蔡学俊 (51)Int.Cl. G01N 21/41(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 基于金属光栅太赫兹超表面的液体折射率 传感系统 (57)摘要 本实用新型涉及一种基于金属光栅太赫兹 超表面的液体折射率传感系统， 包括用以液体折 射率检测的高阻硅棱镜耦合式金属光栅太赫兹 超表面传感装置和实时对探测到的太赫兹光谱 信息进行可视化与处理的后处理系统。 本实用新 型以金属光栅太赫兹超表面为载体， 通过高阻硅 棱镜耦合器激发出金属光栅太赫兹超表面上高 动量的表面等离子体激 元 （SPP） 波， 利用该SPP 波 极强的介电敏感性来实现金属光栅表面凹槽中 待测液体样品折射率的传感检测， 不仅大大提高 了传感系统的传感灵敏度， 而且最大程度缓解了 极性液体对太赫兹波的强吸收， 实现对液体样品 折射率的有效传感检测。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 216622165 U 2022.05.27 CN 216622165 U 1.一种基于金属光栅太赫兹超表面的液体折射率传感系统， 其特征在于， 包括用以液 体折射率检测的高阻硅棱镜耦合式金属 光栅太赫兹超表面传感装置和实时对探测到的太 赫兹光谱信息进 行可视化与处理的后处理系统； 所述太赫兹超表面传感装置包括传感装置 控制系统、 金属光栅太赫兹超表面、 高阻硅棱镜、 太赫兹发射器、 太赫兹探测器； 所述金属光 栅太赫兹超表 面作为载待测液体样品和激发SPP波的载体；  所述高阻硅棱镜安装在太赫兹 发射器与太赫兹探测器之 间， 作为耦合器实现入射太赫兹波与金属光栅太赫兹超表面支持 的SPP波之间的高动量匹配； 所述传感装置控制系统分别与直线位移平台、 太赫兹发射器、 太赫兹探测器连接 。 2.根据权利要求1所述的基于金属光栅太赫兹超表面的液体折射率传感系统， 其特征 在于， 所述金属光栅太赫兹超表面包括 维亚波长凹槽阵列结构表面和镀于维亚波长凹槽阵 列结构表面的金膜。 3.根据权利要求2所述的基于金属光栅太赫兹超表面的液体折射率传感系统， 其特征 在于， 所述凹槽结构单 元周期为6 0 μm， 宽度为20 ‑30 μm， 槽深为90  μm。 4.根据权利要求1所述的基于金属光栅太赫兹超表面的液体折射率传感系统， 其特征 在于， 所述高阻硅棱镜 外形呈三棱柱， 采用折 射率np = 3.416的高电阻率硅材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216622165 U 2基于金属光 栅太赫兹超表面的液体折射率传感系统 技术领域 [0001]本实用新型属于太赫兹液体折射率传感领域， 具体涉及一种  基于金属光栅太赫 兹超表面的液体折 射率传感系统。 背景技术 [0002]金属微结构太赫兹超表面可以改变太赫兹波传输过程中的空间分布， 支持表面等 离子体激元 的产生， 从而实现太赫兹电磁场在金属中的亚波长约束， 带来显著的电场增强 效应。 这一重要的特性非常有利于增强太赫兹波与样品之间的相互作用， 能够对微量样品 进行定性或定量的传感检测。 因此， 非常适合作为太赫兹传感检测的平台。 由于太赫兹超表 面传感器具有实时、 无损、 免标记以及高灵敏度的检测特性， 其一直被认为是生物医学工程 领域一项令人振奋的创举。 [0003]目前， 现有的太赫兹超表面传感系统普遍采用基于复杂几何金属表面结构的太赫 兹超表面， 存在离散电场增强分布的限制， 因此系统的传感灵敏度非常受限。 其次， 由于大 多太赫兹超表面传感系统采用直接照射激发SPP波的传感方式， 仅局限于低损耗固体样品 的传感检测或者检测之前需对样品作脱 水、 干燥处理。 因为当检测样品具有较高的损耗时， 例如水等极性液体会引起入射太赫兹波能量的严重衰减甚至完全被吸收， 无法进 行有效的 折射率传感检测。 因此， 如何高效地研制出能够满足液体传感检测使用需求的高灵敏度太 赫兹超表面传感系统， 成为太赫兹传感技 术进一步发展和应用的关键 。 发明内容 [0004]有鉴于此， 本实用新型的目的在于提供一种  基于金属光栅太赫兹超表面的液体 折射率传感系统， 不仅大大提高了传感系统的传感灵敏度， 而且最大程度缓解了极性液体 对太赫兹波的强吸 收， 实现对液体样品折 射率的有效传感检测。 [0005]为实现上述目的， 本实用新型采用如下技 术方案： [0006]一种基于金属光栅太赫兹超表面的液体折射率传感系统， 包括用以液体折射率检 测的高阻硅棱镜耦合式金属 光栅太赫兹超表面传感装置和实时对探测到的太赫兹光谱信 息进行可视化与处理的后处理系统； 所述太赫兹超表面传感装置包括传感装置控制系统、 金属光栅太赫兹超表面、 高阻硅棱镜、 太赫兹发射器、 太赫兹探测 器； 所述金属光栅太赫兹 超表面作为载待测液体样品和激发SPP波的载体；  所述高阻硅棱镜安装在太赫兹发射器与 太赫兹探测器之间， 作为耦合器实现入射太赫兹波与金属 光栅太赫兹超表面支持的SPP波 之间的高动量匹配； 所述传感装置控制系统分别与直线位移平台、 太赫兹发射器、 太赫兹探 测器连接 。 [0007]进一步的， 所述金属光栅太赫兹超表面包括维亚波长凹槽阵列结构表面和镀于维 亚波长凹槽阵列结构表面的金膜。 [0008]进一步的， 所述凹槽结构单 元周期为6 0 μm， 宽度为20 ‑30 μm， 槽深为90  μm [0009]进一步的， 所述高阻硅棱镜外形呈三棱柱， 采用折射率 np = 3.416的高电阻率硅说　明　书 1/3 页 3 CN 216622165 U 3