基于微结构设计的太赫兹指纹谱检测研究

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由于光子能量低,无损传感等优势,太赫兹检测技术已经引起了全世界的关注,与传统技术相比,它可以在有或没有样品预处理步骤的情况下直接穿透样品,这使得其在快速检测领域中有着很强的优越性。此外,它的频谱范围极宽,覆盖了各种复杂分子的转动和共振频率,在传感领域具有广阔的前景,但是由于太赫兹源和太赫兹探测技术的局限性,太赫兹检测的低灵敏度以及化学和生物分子在太赫兹波段中现有信息很少,对太赫兹分子检测提出了很大的挑战,尤其是在痕量分子检测方面。本文提出了一种太赫兹全介质超构光栅结构,用于分子指纹检测中的太赫兹宽带信号的增强,它很好地实现了痕量分子的无损太赫兹指纹谱检测。传统的检测方法通常将太赫兹波直接通过裸露的分析物样品进行吸收达到检测的目的,与传统的方法不同,我们的全介质超构光栅结构增强了太赫兹波与物质之间的相互作用,并极大地增大了分析物的吸收信号。除此之外,结合了动态角度扫描技术检测待测分析物的宽带指纹图谱,此方法无需其他复杂的太赫兹装置,并且角度扫描后得到的宽带吸收信号反映了痕量分析物的宽带分子指纹吸收光谱的显着增强。通过基于有限元法的电磁全波仿真方法对三种痕量(1μm厚)待测分析物(α-乳糖一水合物,2,4-二硝基甲苯、环三亚甲基三硝胺)的检测性能进行了系统的研究。检测结果证实了我们提出的方法为超灵敏痕量分子指纹谱检测提供了一种强大的太赫兹技术手段,为国防,军事,海关领域的痕量检测方面提供了更多的可能。
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