【摘 要】
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传统太赫兹源依赖于非线性光学晶体和光电导天线,这两种方式技术成熟,但是成本高、不易集成化。目前自旋电子学太赫兹发射技术利用铁磁材料与非磁材料的特性,通过操控自旋流发射太赫兹波成为了太赫兹源的研究热点,如极化操纵、振幅调整、相位调制和辐射束操纵,自旋电子学太赫兹源的平面结构为集成化产生更紧凑、便携的器件提供了条件,是一种低成本、高效率、易集成的太赫兹源。超材料是一种人工电磁材料,通过人工设计的周期单
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传统太赫兹源依赖于非线性光学晶体和光电导天线,这两种方式技术成熟,但是成本高、不易集成化。目前自旋电子学太赫兹发射技术利用铁磁材料与非磁材料的特性,通过操控自旋流发射太赫兹波成为了太赫兹源的研究热点,如极化操纵、振幅调整、相位调制和辐射束操纵,自旋电子学太赫兹源的平面结构为集成化产生更紧凑、便携的器件提供了条件,是一种低成本、高效率、易集成的太赫兹源。超材料是一种人工电磁材料,通过人工设计的周期单元结构,完成对电磁场的调控,一般作为传感器、吸波器、调制器、滤波器等太赫兹功能器件应用于生物医学检测、成像、通信等领域当中。太赫兹超材料生物传感器为无标记生物传感技术提供了一条途径,但是由于缺乏与太赫兹发射器集成的太赫兹生物传感器技术阻碍了高分辨率近场无标记太赫兹生物传感的普及。自旋电子学太赫兹源为近场无标记太赫兹生物传感器提供了集成条件。由于超材料太赫兹生物传感器和自旋电子学太赫兹源的制备都需要基底,因此可以利用基底的两面集成超材料结构和铁磁薄膜形成集成太赫兹源的太赫兹生物传感器。本文首先基于前人的研究分析了太赫兹时域光谱技术、自旋电子学太赫兹源和超材料太赫兹生物传感器的基本理论。通过磁控溅射的方法制备Fe/Pt薄膜样品,实验测得Fe/Pt薄膜发射太赫兹波的带宽为1.314THz,分析了太赫兹信号的影响因素,其中包括衬底晶态、Fe层厚度、聚焦透镜、激光入射方向、激光功率。然后将基于Fe/Pt薄膜太赫兹源的时域光谱系统用于样品测试,并将结果与TPS Spectra 3000系统的测量结果进行对比,两套系统测得透射率、吸收度结果大致相同,表明该系统可以满足实验应用需求。下一步仿真设计圆环、十字超材料结构。圆环超材料结构采用了两种基底:石英（Si O2）、聚乙烯（PE）,基底为Si O2、PE时的谐振频点分别为0.807THz、1.005THz,FOM值分别为2、3.1。十字超材料结构基底为Si O2时的谐振频点为0.801THz,FOM值为3.7。将这两种结构加工在Fe/Pt薄膜衬底的另外一面,构成集成化太赫兹生物传感器。将制备好的集成化太赫兹生物传感器用于实验,并与仿真值进行对比,由于存在加工误差,导致仿真和实验的谐振频点略微偏移。最后用该传感器对水、酒精、橄榄油进行传感测试。由于这三种液体的介电性质不同,所以谐振频点的偏移量也不同。这些结果为集成化太赫兹器件在生物化学领域用于无标记传感检测的应用提供了参考。
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