相较于传统矿用甲烷传感器，超表面甲烷传感器在灵敏度、稳定性等方面具有较显著的优势，能够更好地满足矿井生产实际需要。针对现有金属太赫兹超表面传感器对折射率的灵敏度相对较低的问题，设计了一种基于连续域束缚态的太赫兹超表面甲烷传感器。

       太赫兹超表面为金属-介质-金属3层结构，其中金属材料为金，介质材料为聚酰亚胺，上层金属结构为圆环，通过调节左侧开口大小改变结构的对称性，引起准连续域束缚态（QBIC）。

      Q因子和调制深度MD是衡量超表面结构光谱特性的重要指标。通过改变结构的几何参数，分析固定开口大小g1和圆环内径R2对Q、MD的影响，得出g1为2 μm、R2为7 μm时传感性能较优。该条件下，分析金层厚度t1从0.02 μm增加至2 μm的反射光谱，得出金层厚度为0.2 μm时传感性能较优。

       选取体积分数分别为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%的甲烷进行仿真，得到环境折射率为1时的反射光谱仿真结果。随着甲烷体积分数增大，反射光谱的谐振频率逐渐增大，发生蓝移。谐振频率的偏移量f与甲烷气体体积分数C呈明显的线性关系。

       设环境折射率分别为1.00，1.02，1.04，1.06，1.08，1.10进行仿真，得到QBIC和原有谐振的反射光谱。随着环境折射率逐渐增大，反射光谱的整体形状仅有微小变化，说明2种谐振下的Q因子基本不变，不会影响传感器的基本性能。

       为了验证圆环结构的传感性能，设计了一种金属正方环形结构，并对其性能进行了对比，可看出圆环结构传感器的基本性能和传感性能均优于方环结构。

       刘海，教授，博导，中国矿业大学信息与控制工程学院副院长，主要从事微纳结构光电性能调控的物理机制及其器件特性研究，探索光电传感检测技术物理机理及运用，推动半导体集成器件的自主可控与国产化进程。近五年承担国家自然科学基金面上项目、军委科技委GF创新特区项目和国家重点研发子课题多项，从微结构光纤或超构材料入手，实现了地下空间危险气体和应力应变等主要灾害源的实时监测预警；从硅基光器件的耦合传输物理机理、效应及规律入手，满足目标探测、安全监测和波束调制等特定需求。近五年以第一作者或通信作者发表高水平论文40余篇，获授权专利十余项，省部级以上奖励3项。

刘海，王麒尧，高鹏，等. 基于连续域束缚态的太赫兹超表面甲烷传感器设计[J]. 工矿自动化，2025，51（2）：48-56.  

LIU Hai, WANG Qiyao, GAO Peng, et al. Design of terahertz metasurface methane sensor based on bound states in the continuum[J]. Journal of Mine Automation，2025，51（2）：48-56.

      《工矿自动化》1973年创刊，月刊，是由中国煤炭科工集团有限公司主管、中煤科工集团常州研究院有限公司主办的一份集中报道我国煤矿自动化、信息化、智能化技术的专业性技术期刊。为中国科学引文数据库（CSCD）来源期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊、RCCSE中国核心学术期刊（A），瑞典开放存取期刊目录数据库（DOAJ）、英国《科学文摘（网络版）》（INSPEC）、美国《地质学参考数据库》(GeoRef)、美国《艾博思科数据库》（EBSCOhost）、日本《科学技术振兴机构(中国数据库）》（JSTChina）、波兰《哥白尼索引》（IC）、J-Gate数据库来源期刊、欧洲学术出版中心数据库（EuroPub）等收录，中国地学/煤炭领域高质量科技期刊T2类。

        刊登范围：煤矿安全监测监控技术，煤矿智能开采技术，煤矿机械自动化控制技术，煤矿机电设备状态监测与控制技术，煤矿电力驱动与控制技术，煤矿通信技术，煤矿抢险救灾装备与技术，矿用仪器仪表技术，煤矿供配电技术，煤矿信息化技术，煤矿机器人技术，智能矿山与物联网技术等。