基于分层特征重建与动态权重采样的图像引导密集深度补全网络及其在太赫兹生物传感中的应用

本综述设计并验证了一种基于双电磁诱导透明（D-EIT）效应的太赫兹超表面传感器，通过铜谐振环与石英介质基板的优化配置实现双透明窗的独立调控。该传感器在0.53 THz（乳糖指纹峰）和0.76 THz（金霉素指纹峰）处展现高灵敏度与选择性，对水溶液和牛奶中乳糖及盐酸金霉素的最低检测限达0.1 mg/L，为食品安全和抗生素残留监测提供了创新技术方案。

　　

^章节精要

^{超表面设计}

该双EIT超表面单元周期为P=260μm，采用双层结构：底层为厚度d=40μm的石英基板，低介电常数特性可提升器件灵敏度。三个谐振环从外至内分别命名为环1、环2、环3。环1边长L₁=170μm，宽度s=10μm；环2边长L₂=116μm，宽度w=10μm；环3边长L₃=72μm，宽度保持统一设计。

^{双EIT效应机制解析}

为探究双EIT效应形成机制，我们分别对单元结构中的三个谐振环进行x极化方向仿真：（i）仅保留R1金属环；（ii）仅保留R2金属环；（iii）仅保留R3金属环；（Ⅳ）完整结构包含所有环状谐振器（SRs）与裂环谐振器（SRRs）。结果显示：R1谐振环产生0.52 THz共振频率（绿色虚线），R2谐振频率位于0.78 THz（蓝色标识），而R3谐振环展现出独特的多模耦合特性。完整结构在0.53 THz处呈现明-暗模式耦合，在0.76 THz处形成明-明模式耦合，共同构建双透明窗口。

^{双EIT太赫兹抗生素传感器性能分析}

通过改变R1与R2的边长参数，我们系统研究了第一透明窗的结构依赖性。图4(a)表明：当R1外侧边长L₁从158μm增加至164μm时，第一透明窗峰值频率保持稳定但带宽展宽，导致Q因子降低；同时在0.49 THz处出现显著红移。该透明窗源于R1（明模式）与R3（暗模式）的耦合作用，其频率位置主要由R3的几何参数决定。进一步仿真显示，通过调节R2边长可独立调控第二透明窗频率，证实双窗的独立可调性。

^实验验证

^设备配置

采用太赫兹频域光谱系统（Tera Scan 1550，德国Toptica Photonics）测量0.2-0.9 THz范围内的太赫兹传输曲线，实验环境温度恒定于24℃。

^{太赫兹超表面传感器制备}

激光直写技术是目前制备衍射光学元件的主流工艺，其无需掩模的特性可实现图案直接生成，为复杂超表面结构制备提供技术优势。

^{金属超表面制备与特性}

图10(a)展示金属双EIT传感超表面的扫描电镜图像。太赫兹频域光谱系统测试显示（图10(b)），超表面在0.53 THz和0.7 THz处分别呈现EIT传输峰。图10(c)为成品金属双EIT传感超表面实物照片，实验传输曲线与仿真结果高度吻合。

^结论

本研究成功设计并验证了基于双EIT效应的太赫兹超表面传感器，通过优化铜谐振器与石英基板配置实现双透明窗的独立控制。仿真与实验证实其在0.53 THz（乳糖指纹峰）和0.76 THz（金霉素指纹峰）处具有高灵敏度与选择性，对水溶液和牛奶中乳糖及盐酸金霉素的最低检测限达0.1 mg/L。尽管在复杂介质中低浓度检测仍受光学损耗限制，该传感器在食品安全与抗生素残留监测领域展现重大应用潜力。