基于硅的介电超表面实现高灵敏度、低成本且可适配的折射率传感

摘要： 本文提出一种传感平台，该平台利用介质亥姆霍兹源超表面来测量微流控通道中的折射率变化，其实验测得灵敏度为323 nm RIU?1、品质因数（FOM）为5.4，且每折射率单位（T/RIU）的透射率变化响应达8.2（820%）。通过单波长透射率测量即可检测流经通道液体的折射率变化，仅需简单光源和光电探测器，与现有最先进的折射率传感技术相比显著降低了设备成本。技术经济分析预测，该设备成本约2400美元，能检测2×10??量级的折射率变化。所用超表面具有低剖面、可扩展特性，其材料与制造工艺兼容CMOS等技术，适合器件集成。这种以电偶极与磁偶极模式光谱重叠为特征的亥姆霍兹超表面系统具有高度可定制性——通过调控超表面几何结构可控制两种共振模式的相互作用，从而调节设备灵敏度与测量范围。计算表明：采用小入射角照射亥姆霍兹超表面的反对称共振模式时，可实现350 nm RIU?1的超高空敏度（对应单波长灵敏度360 RIU?1）及219的品质因数。