光学传感器在各种应用中扮演着不可或缺的角色，涵盖了从检测纳米薄膜、纳米粒子到识别生物分子、病毒和细胞等多个领域。通过提升传感器的性能，尤其是加强光与物质的相互作用和增强灵敏度，有望实现一系列具有突破性的应用。

超构材料（metamaterial）作为一种人造周期结构，具有亚波长尺寸，其对电磁波的响应可以通过结构设计和材料参数来控制。金属超构材料能够将强电场能量集中在极小的空间范围内，从而实现与分析物的强作用。尽管基于金属超构材料的太赫兹（THz）传感器在无接触和无标记检测方面表现出优势，但与现有的成熟的生化诊断方法（如酶免疫测定法）相比，它们在灵敏度和检测极限上仍存在两个数量级以上的差距。已有的研究结果表明，优化的超构材料传感器应该在分析物位置具有高局部电场增强因子、高品质因数（Q值）的谐振模式，以及较小的模式体积。然而，到目前为止，仍缺乏一个系统且实用的优化策略，能够统一考虑超构材料传感器的所有性能参数，以便进行理性设计（与试错法相比）。

该类型传感器研究的另一个不足之处与其通常采用的性能评价参数有关。第一个是折射率灵敏度（S），表示由分析物的单位折射率变化引起的超构材料结构谐振频率偏移（单位为GHz/RIU，RIU代表折射率单位）。第二个是传感灵敏值（FOM），表示功率谱的半高全宽（FWHM）与S的比值（单位为1/RIU）。这些参数的问题在于，它们只适用于分析物的种类、位置和数量相同的情况，即当分析物为全覆盖介质薄膜时且厚度相同时，才能通过S和FOM两个参数准确评估传感器的性能。

为解决上述问题，华中科技大学曹磊副教授联合德国法兰克福大学Hartmut G. Roskos教授团队、德国锡根大学Peter Haring Bolívar教授团队以及荷兰埃因霍温理工大学Shihab Al-Daffaie教授团队基于介质微扰理论设计并实现了一种具有交叉指形结构的太赫兹超构材料传感器（Interdigitated electric split ring resonator, ID-eSRR），可实现对纳米级厚度分析物的高灵敏、高品质传感。相关研究成果以“Interdigitated terahertz metamaterial sensors: design with the dielectric perturbation theory”为题发表于Photonics Research 期刊。

研究团队利用简化后的谐振器介质微扰理论定量指导超构材料传感器的理性设计。通过将交叉指形结构与电开口环超构材料谐振器（eSRR）完美结合，形成新型ID-eSRR超构材料传感器，有效提升传感灵敏度。与传统eSRR结构相比，ID-eSRR结构的基模谐振具有高Q值。此外，仅仅基于两个传统性能参数（S和FOM）对不同传感器的性能进行比较显然是不够合理的。应针对不同类型的分析物设计不同的传感器，并采用不同的性能参数。对于以均匀薄膜形式放置在传感器上的介质分析物，研究团队建议将传统FOM对薄膜厚度进行归一化从而得到第三个性能指标，即厚度归一化FOM（TN-FOM）。

来源：传感器专家网