太赫兹波表面等离激元谐振传感器的研究

《太赫兹波表面等离激元谐振传感器的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、太赫兹波表面等离激元谐振传感器的研究StudyonSurfacePlasmonResonanceSensorforTerahertzWaves学科专业：仪器科学与技术研究生：刘冠林指导教师：何明霞教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一一年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日

2、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着太赫兹科学技术的不断发展，近年来出现了一些新兴的、令人兴奋的学科研究方向，太赫兹波表面等离激元科学技术(SurfacePlasmonPolaritons，简称：SPPs)就是其中之一，其集分束、放大、调谐、滤波等诸多功能的

3、潜在应用价值，成为了太赫兹研究领域中的热点。而其在传感技术中的应用已经引起越来越多人的关注。本文以太赫兹表面等离激元的原理现象为起点，以太赫兹表面等离激元谐振效应为核心，采用理论分析论述、相关器件设计方法介绍和实验验证三个方面，研究了太赫兹表面等离激元谐振传感器的工作原理、设计方法、设计参数、制备工艺和使用方式。具体内容包括分为以下4个方面：1.利用固体材料物理学理论中Drude模型，分析推算出导体在电磁场中的介电函数以及导体的体积等离激元的数学表达。利用电磁场理论中最为经典的Maxwell方程组，推导出了表面等离激元与体积等离激元的关系，并得到表面等离激元极化波与入射电磁波的色散关

4、系和传播距离，介绍了几种激发表面等离激元的方式。2.研究讨论了影响表面等离激元谐振的因素，包括电介质的介电常数、金属结构的周期、金属的厚度、周期性微结构的尺寸和形状。其中，电介质的介电常数和周期性微结构的周期，是影响太赫兹波与表面等离激元波相互产生谐振效应的峰值中心频率位置的主要因素。描述了品质因数Q(Qualityfactor)在太赫兹表面等离激元谐振传感中的意义，并讨论影响Q因子的因素。3.明确地论述了太赫兹表面等离激元谐振传感现象中，所传递量的转换关系。给出了太赫兹表面等离激元谐振传感器的概念、传感器原理、传感器加工制备工艺，及传感器的实际使用等内容。介绍了传感器常用的制作方法

5、和工艺。4.依据理论分析与计算，选择了一款特定规格的商用金属孔阵列结构材料，作为太赫兹表面等离激元谐振传感器。对不同标号的汽油样品进行了两组不同的测试实验，即传感器与汽油结合的透射测试和无传感器的汽油透射实验，其中结合传感器的一组实验成功将97号汽油从其他标号汽油中区分出来。关键词：太赫兹波表面等离激元表面等离激元谐振传感器ABSTRACTWiththedevelopmentofTerahertz(THz)scienceandtechnology,therehavebeennewandexcitingresearchdirections,includingTerahertzSurfa

6、cePlasmonPolaritons(SPPs).TheSPPsbecomeahotsubjectwithinterestingfeatures,suchasbeamsplitting,beamamplification,tuning,andfiltering.Ithasreceivedmoreandmoreattentionsduetoitsapplicationsinsensingtechnology.TheprinciplesofTHz-SPPsarepresentedfirstinthisdissertation,andtheTHzSurfacePlasmonResonan

7、ce(SPR)isdescribedasthekeypoint.ThentheTHz-SPPsensor’sworkingprinciple,designparameters,fabricationmethodandapplicationsaredescribedgraduallybytheoreticalanalysis,therelevantdevicedesignandexperiment.Themaincontentsareclassifiedas