太赫茲感測的概念與潛力

2021-01-17 微納光電技術實驗室

研究背景:

近幾十年來光學傳感器用於生物和化學檢測手段快速增長,大量的光學傳感器,例如馬赫-曾德爾幹涉儀表面增強拉曼散射(SERS)和表面等離振子極化子(SPPs),已經得到了廣泛的提出和開發在這些傳感方案中,SPP技術由於其片上集成的獨特優勢而成為近年來超靈敏生物傳感最吸引人的方法之一。SPP是與電子振蕩耦合併沿著電介質和金屬之間的界面傳播的電磁(EM)波,它們高度局限在金屬表面附近,從而使其對周圍電介質環境的變化極為敏感。因此,SPP結構已廣泛用於各種實時的傳感應用中。此外,SPP具有強模式限制和場增強的特性,在構建具有獨立功能元件的大規模傳感陣列方面顯示出巨大潛力 。

 

研究內容:

提出了布拉格鏡輔助太赫茲(THz)高對比度和寬帶等離子幹涉儀

 

結構:

該結構由一個薄的半導體層組成,該半導體層上有一個中央微縫,兩側有兩個相同的布拉格光柵。

原理:

在微縫隙的兩側都支撐著兩個傳播的SPP波,它們的相位差受周圍材料變化的影響很大,中央微縫隙將入射的太赫茲波耦合成單向表面等離激元極化子(SPPs)波,該波傳播到雙邊布拉格光柵,在那裡它們在很寬的波長範圍內被全反射回微縫隙。結果,通過微縫隙傳輸的太赫茲波與這兩個SPP波發生了幹涉,它們被布拉格光柵完全反射,從而在高對比度的幹涉光譜中產生了強調製。


用作幹涉式傳感器的潛力:

SPP波的相位和幅度受nd(環境折射率)參數的影響,nd可以分別通過任何表面分析物結合進行調製,換而言之,透射的太赫茲輻射包含有關兩個獨立SPP的相對相位差和幅度的信息。它通過測量光譜偏移為器件提供了充當折射率(RI)傳感器的潛力。

穩定性:

從中可以看出,諧振波長的位置受θ的影響很小,而當θ增加時,透射強度的下降非常緩慢,可以清楚地看到,入射角對靈敏度的影響很小。

總結:

提出並演示了一種新穎的等離子幹涉概念,該概念將等離子體系結構與幹涉技術相結合,可以靈活地控制幹涉後SPP波的相位和幅度。另外,還證明了所提出的傳感器在傾斜照明的情況下對入射角具有良好的穩定性。可以相信,所提出的新的幹涉測量技術組可能會發現涉及等離子體傳感和集成太赫茲電路的重要應用。


原文網址:https://doi.org/10.3390/nano10071385


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