本發(fā)明涉及太赫茲，尤其涉及一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、太赫茲波段(0.1～10thz，1thz＝1012hz)位于微波和紅外譜之間，大多數(shù)有機(jī)及生物大分子例如氨基酸、脂肪、dna、rna和蛋白質(zhì)等在太赫茲波段有特征吸收譜，即指紋譜。太赫茲指紋譜記錄了物質(zhì)在太赫茲頻段的吸收、反射、透射等光學(xué)特性，反映了物質(zhì)的分子振動(dòng)、晶格結(jié)構(gòu)、電子躍遷等信息，包括物質(zhì)對(duì)太赫茲波的反射和透射特性，這些信息可以用于分析樣品的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，這是其他電磁波段無法獲得的。但是傳統(tǒng)的傳感方案在痕量樣品的分析中面臨著不可避免的局限性。在常見的太赫茲吸收譜測(cè)量方案中，需要把較大數(shù)量的待測(cè)物過壓片技術(shù)變成一定厚度固體樣品，然后通過測(cè)量反射和透射系數(shù)，通過計(jì)算得到吸收譜，一般需要幾百毫克至幾克的樣品，因此，在實(shí)際情況中，我們需要通過額外的微結(jié)構(gòu)：如光子晶體、超表面、光柵等來增強(qiáng)微量待測(cè)物與電磁波的相互作用，從而測(cè)量和分析痕量樣品的太赫茲吸收光譜特性。針對(duì)微量待測(cè)物的thz吸收譜檢測(cè)難題，研究者利用各種超表面結(jié)構(gòu)來進(jìn)行寬頻帶增強(qiáng)，可以通過基于參數(shù)復(fù)用，角度復(fù)用和可拉伸機(jī)制的方法來提高太赫茲吸收光譜。然而，幾何復(fù)用策略對(duì)需要很高的加工精度，待測(cè)物薄膜制備要更均勻，待測(cè)物的量需要更多；而角度復(fù)用策略則需要更復(fù)雜的測(cè)量光路，實(shí)驗(yàn)裝置昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件及其制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，包括兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)、薄膜分析層3、襯底4、缺陷腔5、外層7和可拉伸橡膠層8；

4、布拉格反射結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)-金屬光柵層和空氣層2，所述介質(zhì)-金屬光柵層和空氣層2交替層疊設(shè)置，布拉格反射結(jié)構(gòu)的最外層為介質(zhì)-金屬光柵層；

5、介質(zhì)-金屬光柵層由塑料層1和金屬層6交替形成，金屬層6設(shè)置在相鄰塑料層1中間；

6、兩個(gè)布拉格反射結(jié)構(gòu)對(duì)稱的分布在缺陷腔5的兩側(cè)，缺陷腔5中填充有空氣；

7、薄膜分析層3分布于襯底4的表面組成分析襯底，分析襯底設(shè)置于缺陷腔5的中間位置。

8、作為優(yōu)選，所述塑料層1的材料為高密度聚乙烯，所述塑料層1的高度為20～30μm。

9、作為優(yōu)選，單個(gè)布拉格反射結(jié)構(gòu)中介質(zhì)-金屬光柵層的層數(shù)≥3；

10、單個(gè)空氣層2的寬度為120～140μm；

11、單個(gè)介質(zhì)-金屬光柵層的寬度為80～120μm。

12、作為優(yōu)選，所述薄膜分析層3的材質(zhì)為α-乳糖；

13、所述薄膜分析層3的寬度為0.2～1μm。

14、作為優(yōu)選，所述襯底4的材質(zhì)為聚四氟乙烯；所述襯底4的寬度為5～15μm。

15、作為優(yōu)選，所述缺陷腔5的寬度為190～390μm。

16、作為優(yōu)選，所述金屬層6的材質(zhì)為鋼或銅；

17、單個(gè)金屬層6的高度為1～5μm；

18、單個(gè)介質(zhì)-金屬光柵層中金屬層6的數(shù)量≥3。

19、作為優(yōu)選，所述外層7的材質(zhì)為塑料支撐物，厚度為400～600μm。

20、作為優(yōu)選，所述可拉伸橡膠層8的厚度為400～600μm。

21、本發(fā)明還提供了所述基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件的制備方法，包含下列步驟：

22、在兩層塑料層中間引入金屬層，重復(fù)上述步驟形成介質(zhì)-金屬光柵層；

23、將介質(zhì)-金屬光柵層和空氣層交替層疊設(shè)置，得到布拉格反射結(jié)構(gòu)；

24、在兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)之間設(shè)置缺陷腔；

25、在缺陷腔中心位置設(shè)置襯底和薄膜分析層，得到基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件。

26、本發(fā)明提供了一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，包含兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)和襯底；兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)中間形成缺陷腔；所述襯底位于缺陷腔中心位置。

27、本發(fā)明提出一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜的器件制備方法，該器件結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)，占用空間小，便于實(shí)驗(yàn)操作；采用塑料材料代替介質(zhì)材料，降低了制作難度，使該方法具有更強(qiáng)的通用性。將缺陷腔寬度從190um變化到390um，通過改變?nèi)毕萸粚挾瓤梢缘玫揭幌盗兄C振峰，從而得到一系列窄帶吸收光譜，將窄帶吸收光譜的峰值組成包絡(luò)線為薄膜待測(cè)物的增強(qiáng)特征吸收譜，以實(shí)現(xiàn)微量待測(cè)物的太赫茲指紋檢測(cè)。

28、本發(fā)明極大地消除干擾檢測(cè)結(jié)果的其他光吸收；還能鑒別出只有1um厚的薄膜分析層，吸收增強(qiáng)比約為41.5倍，在0.46thz～0.6thz寬頻段內(nèi)簡單有效地檢測(cè)微量分析物，為后續(xù)在thz中檢測(cè)微量生物大分子提供了很好的案例。

技術(shù)特征：

1.一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，包括兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)、薄膜分析層(3)、襯底(4)、缺陷腔(5)、外層(7)和可拉伸橡膠層(8)；

2.如權(quán)利要求1所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述塑料層(1)的材料為高密度聚乙烯，所述塑料層(1)的高度為20～30μm。

3.如權(quán)利要求1或2所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，單個(gè)布拉格反射結(jié)構(gòu)中介質(zhì)-金屬光柵層的層數(shù)≥3；

4.如權(quán)利要求3所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述薄膜分析層(3)的材質(zhì)為α-乳糖；

5.如權(quán)利要求1或4所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述襯底(4)的材質(zhì)為聚四氟乙烯；所述襯底(4)的寬度為5～15μm。

6.如權(quán)利要求5所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述缺陷腔(5)的寬度為190～390μm。

7.如權(quán)利要求1、2、4或6所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述金屬層(6)的材質(zhì)為鋼或銅；

8.如權(quán)利要求7所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述外層(7)的材質(zhì)為塑料支撐物，厚度為400～600μm。

9.如權(quán)利要求1或8所述的基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件，其特征在于，所述可拉伸橡膠層(8)的厚度為400～600μm。

10.權(quán)利要求1～9任意一項(xiàng)所述基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件的制備方法，其特征在于，包含下列步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種基于光柵光子晶體缺陷模的太赫茲增強(qiáng)吸收譜器件及其制備方法。該產(chǎn)品包含兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)和襯底；兩個(gè)相同的布拉格反射結(jié)構(gòu)中間形成缺陷腔；所述襯底位于缺陷腔中心位置。本發(fā)明還提供該器件的制備方法，該器件結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)，占用空間小，便于實(shí)驗(yàn)操作；采用塑料材料代替介質(zhì)材料，降低了制作難度，使該方法具有更強(qiáng)的通用性。將缺陷腔寬度從190um變化到390um，通過改變?nèi)毕萸粚挾瓤梢缘玫揭幌盗兄C振峰，從而得到一系列窄帶吸收光譜，將窄帶吸收光譜的峰值組成包絡(luò)線為薄膜待測(cè)物的增強(qiáng)特征吸收譜，以實(shí)現(xiàn)微量待測(cè)物的太赫茲指紋檢測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：李向軍,于浪,嚴(yán)德賢,李美林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21