太赫茲近場激髮型分子感測器

《太赫茲近場激髮型分子感測器》是依託上海師範大學，由趙振宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：太赫茲近場激髮型分子感測器
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙振宇
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

太赫茲（THz）表面電漿共振型器件在生物大分子識別、微量化學品檢測方面呈現巨大的套用前景，成為當今世界各國科學家研究熱點。本項目瞄準這一國際前沿，提出了THz近場激髮型分子感測器方案：運用半導體微加工技術，在光導材料的一面製備低偏壓高THz發射場強的天線，另一面製備亞波長周期結構排列的金屬小孔作為表面等離子共振單元。按照近場光學的原理,THz波在表面等離子共振情況下異常透射會顯著增強，並且提高THz波的空間解析度。通過研究THz發射源與亞波長金屬小孔之間間距的最佳匹配，以獲得高解析度，高靈敏度的THz分子感測器，從而實現微量化學品的高精度檢測，並且簡化THz光譜系統的結構布局；同時闡明近場條件下THz波從發射源到金屬表面直接耦合的物理機制。本項目的研究結果對THz技術在生物大分子、微量化學品檢測領域內提供強有力的技術支持，對探索THz表面等離子的近場行為具有重要的科學意義。

結題摘要

本課題完成了立項所設定的近場激發分子感測器的研究目標。作為該器件一部分的高輸出THz發生器方面，我們比較不同半導體材料對THz波的回響，得出了GaAs的頻率回響範圍高於其它半導體材料，且通過飛秒脈衝雷射燒蝕後，在表面形成亞波長微結構條紋陣列，形成表面電漿通道，增強了光電流並拓展的吸收頻寬，從而增強的THz的發射強度；同時，通過研究發現，C形小孔整列在GaAs上出現雙通道共振，改變C形開口的大小，可以實現兩種通道模式強度，稱為蹺蹺板效應，而同樣的C形小孔整列移植到柔性襯底上後，其表面電漿共振依賴入射THz的偏振。如果將小孔整列改為矩形諧振環，則具有更高的諧振品質因子，且近場耦合導致模式紅移，並且如果將U形諧振單元和金屬調諧振單元組合，通過橫向近場激發，能夠獲得類似電漿誘導透明的模式分裂現象。最後，將上述金屬諧振單元與高輸出THz發生器集成在同一塊GaAs上，獲得了品質因子達到50的太赫茲近場激發分子感測器。