人工表面等离子体太赫兹天线结构在EIT及指纹传感中的研究

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太赫兹波由于其低能量级、高光谱分辨能力、强穿透性等特性,近年来在安全检查、生物化学制剂的检测、质量控制、医疗诊断以及制药等化学合成过程中都有着重要的应用。通过在金属表面刻蚀一维的槽阵列来支持人工表面波的理论提出已久,但应用到太赫兹波段的成果较少,特别是各种器件的加工设计。最近,一种新颖的梳状平板天线结构被提出来,该结构不仅支持人工表面等离子体模式,而且还有很强的场约束能力和场增强效应。在本文中,我们通过设计并研究了不同的天线结构,实现了太赫兹波段基于散射场干涉相消的电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)效应以及高灵敏度的指纹特征峰检测传感,进一步深入太赫兹波段人工表面等离子体天线结构的应用研究,拓展了太赫兹功能器件的设计研究。本论文的主要工作为:(1)分析并介绍了天线结构的的色散特性,表明该结构能够很好地支持人工表面等离子体模式。介绍了平板天线结构的光学特性,说明该结构在EIT及太赫兹指纹传感领域的应用前景,并给出了人工表面等离子体天线结构的加工测试方案。(2)设计了支持人工表面等离子体模式的平板天线对结构,并用有限元算法对该结构进行了仿真分析,实现了目前研究较少的类似原子系统中缀饰态干涉相消的EIT效应。通过激光直写、热蒸发、金属剥离等方法制作了该结构,并用太赫兹时域光谱仪测试了该结构的透射谱,结果很好地验证了该新型结构的这种EIT效应,拓展了太赫兹功能器件的应用研究。(3)提出了一种基于人工表面等离子体天线结构的新型太赫兹指纹传感器。该传感器由三个槽的平板天线阵列结构和硅基底构成,并以乳糖作为待检测物质来说明指纹传感性能。通过有限元仿真的结果我们知道在透射和反射模式下对于乳糖的指纹传感信号分别提高了7.6倍和13倍,表明该传感器能够实现高灵敏度指纹传感。此外我们还分析了该传感器的定量检测性能,结果表明该传感器不仅能实现定性检测还能实现定量检测。
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