为了消除折射率动态检测中环境温度漂移的干扰,提出了一种基于交替光栅和石墨烯复合结构的超材料传感器。利用时域有限差分法数值模拟了传感器结构设计参数对共振光谱的影响规律并研究了耦合机理,同时优化了设计结构。研究结果证明,复合结构传感器具有多通道和超窄线宽双重光谱特性,且近红外频段高吸收光谱是由F-P腔共振效应、磁激元共振效应和相消干涉耦合激发产生的。基于不同共振模式下折射率和温度敏感度的差异性,选择两个共振峰峰位波长作为信息载体,借助矩阵方程获得的温度补偿后的折射率传感灵敏度可达358.6 nm/RIU。结果表明,所提传感器可对1~1.6 RIU超大折射率范围的样品进行实时动态监测,同时能消除温度漂移的影响,更具实用性。

基于交替光栅和石墨烯设计了一种近红外波段电磁超材料多通道吸收器。采用时域有限差分法(FDTD)数值模拟了结构设计参数对吸收光谱的影响规律,获得了最佳结构。同时探究了各通道吸收率对入射光源角度的依赖性。仿真结果表明,基于法布里-珀罗(F-P)腔共振、磁激元共振和相消干涉形成的吸收光谱主要集中在0.95~1.15 μm近红外波段。交替光栅的结构参数和介质层厚度对光谱特性影响较大,当光栅高度增大或周期减小时,腔共振模迅速右移,并伴随各干涉峰小幅度右漂,吸收率大幅改变;介质层厚度对干涉谱影响强烈,当介质层厚度达40 nm以上时,干涉谱几乎消失。各通道吸收峰对光源入射角不敏感,但当入射角在10°以上时,低端吸收率随入射角线性增大,线性拟合度高达0.9931。