THz表面等離激元濾波器與傳感器實(shí)用化研究.pdf

1、太赫茲功能器件作為太赫茲測(cè)量的載體,是太赫茲科學(xué)技術(shù)實(shí)用化過(guò)程中的研究重點(diǎn)。而性能優(yōu)良的功能材料是功能器件發(fā)展的必要條件。在太赫茲實(shí)用化過(guò)程中,中心頻率可控是濾波器的必要條件,同時(shí)需要高靈敏度的傳感器來(lái)檢測(cè)和區(qū)分各種難以區(qū)分的物質(zhì)。本文立足于太赫茲技術(shù)實(shí)用化研究,對(duì)上述問(wèn)題做了初步研究。主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面:
　　一、利用固體材料物理學(xué)理論中Drude模型,分析推算出導(dǎo)體在電磁場(chǎng)中的介電函數(shù)以及導(dǎo)體的體積等離激元的數(shù)學(xué)表達(dá)。利

2、用電磁場(chǎng)理論中最為經(jīng)典的Maxwell方程組,推導(dǎo)出了表面等離激元與體積等離激元的關(guān)系,并得到表面等離激元極化波與入射電磁波的色散關(guān)系和傳播距離。最后介紹了五種激發(fā)表面等離激元的方式。
　　二、立足于拓寬太赫茲功能材料的種類,對(duì)功能陶瓷材料在太赫茲波段下的介電特性進(jìn)行了研究。簡(jiǎn)單介紹了CCTO陶瓷的特性、應(yīng)用、制備工藝及其在太赫茲波段介電常數(shù)的光控特性。重點(diǎn)研究了BLnT系陶瓷的中的BLT系和BNT系陶瓷從KHz到THz波段的介電

3、特性。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn):在該頻率范圍內(nèi)它們的介電常數(shù)隨頻率變化不大,比較穩(wěn)定,且在KHz到MHz波段具有良好的溫控特性,由于受實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)條件限制,其在THz波段的溫控特性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。
　　三、對(duì)可控式THz-SPP濾波器進(jìn)行了初步研究。首先結(jié)合THz-SPP濾波器相關(guān)原理和數(shù)值模擬提取了實(shí)現(xiàn)其可調(diào)諧性的可控參數(shù)——基底電介質(zhì)的介電常數(shù)。然后從SPP諧振峰位置、Q值、加工因素、材料及厚度四個(gè)方面詳細(xì)列出了可控式THz-SPP濾波器進(jìn)行結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。同時(shí)設(shè)計(jì)并分析了基于半導(dǎo)體或超導(dǎo)體、向列液晶、功能陶瓷三種材料的結(jié)構(gòu)方案。最后具體描述了可控式THz-SPP濾波器的制備工藝。
　　四、進(jìn)行了THz-SPP傳感器用于微量固體粉末檢測(cè)的實(shí)用化研究。設(shè)計(jì)了一款獨(dú)立式不銹鋼孔陣列作為THz-SPP傳感器,通過(guò)研究不同厚度的乳糖涂層對(duì)傳感器太赫茲透射譜的影響,提煉出了一個(gè)用于粉末檢測(cè)識(shí)別的特征參數(shù)——極限諧振頻率ωf。基于該特征參數(shù),對(duì)谷氨酸的旋光異構(gòu)體(L-谷氨酸