本文關(guān)鍵詞：基于太赫茲表面等離子體波譜分析的生化薄膜檢測系統(tǒng)研究

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【摘要】：本論文主要是對太赫茲表面等離子體波生化薄膜光譜檢測系統(tǒng)做了理論、仿真以及實驗研究。本項目提出了一種利用太赫茲表面等離子體波測量薄膜太赫茲光譜的方法,突破了傳統(tǒng)檢測方式因為薄膜樣品的厚度與太赫茲波的波長相差甚遠而無法發(fā)生充分的相互作用的限制。將生化薄膜樣品置于半導(dǎo)體的表面,利用太赫茲表面等離子體波在媒質(zhì)界面?zhèn)鞑サ奶匦詼y量薄膜的太赫茲光譜。在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值計算給出了太赫茲表面等離子體波在本征半導(dǎo)體銻化銦-空氣界面?zhèn)鞑r的等效波長,證明了利用太赫茲表面等離子體波測量薄膜太赫茲光譜的方法的可行性,解決了薄膜樣品太薄而入射的太赫茲波長太長的矛盾。推導(dǎo)了在無薄膜覆蓋在半導(dǎo)體表面和有薄膜覆蓋在半導(dǎo)體表面時太赫茲表面等離子體波的傳播理論,并根據(jù)推導(dǎo)的結(jié)果進一步計算了在有薄膜覆蓋時太赫茲表面等離子體波的傳輸特性,為下一步的實驗研究提供了理論支持。在理論研究的基礎(chǔ)上,使用了有限元法對太赫茲表面等離子體波生化薄膜光譜檢測系統(tǒng)進行了仿真研究。通過觀察太赫茲表面等離子體波在采用不同襯底以及有薄膜覆蓋在半導(dǎo)體表面時的電場分布,從而肯定了我們通過理論計算對襯底的選擇,確定了實驗參數(shù)的設(shè)定以及進一步確定了利用太赫茲表面等離子體波測量生化薄膜太赫茲光譜的可行性。最后,我們在太赫茲時域光譜系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭建了太赫茲表面等離子體波生化薄膜光譜檢測系統(tǒng)。對比實驗結(jié)果表明,直接透射的方法不適合用來檢測薄膜樣品的太赫茲光譜。當(dāng)樣品為單層或者兩層時的薄膜樣品時,在低頻段因為太赫茲波的波長遠大于薄膜樣品的厚度而無法與薄膜樣品充分的相互作用,所以無法得到對應(yīng)的太赫茲光譜信息;而當(dāng)我們將薄膜樣品增加到三層時,又由于太赫茲時域光譜系統(tǒng)激發(fā)出的太赫茲波的能量是隨著頻率的增加而減小的,所以此時在高頻區(qū)因為能量太弱而無法獲得對應(yīng)的光譜信息。而我們提出的利用太赫茲表面等離子體波測量生化薄膜太赫茲光譜的方法是將樣品平鋪在半導(dǎo)體的表面,讓太赫茲表面等離子體波直接經(jīng)過整個薄膜樣品而不再受限于薄膜樣品的厚度,從而使得太赫茲表面等離子體波能夠與薄膜樣品充分的相互作用,能夠直接一次性的獲得完整的生化薄膜樣品太赫茲光譜信息,驗證了太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)的可行性和優(yōu)越性。通過本項目的研究,為生化薄膜樣品的太赫茲光譜檢測提供了有效的檢測手段,擴展太赫茲表面等離子體波在光譜檢測領(lǐng)域的應(yīng)用,為我國太赫茲產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲 表面等離子體波 光譜檢測 生化薄膜
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O484.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 引言7-8
• 1.2 太赫茲概述8-11
• 1.2.1 太赫茲簡介8-9
• 1.2.2 太赫茲波的特性9-10
• 1.2.3 太赫茲技術(shù)的應(yīng)用10-11
• 1.3 表面等離子體概述11-12
• 1.3.1 表面等離子體光學(xué)簡介11
• 1.3.2 表面等離子體光學(xué)基本特性11-12
• 1.4 太赫茲波光譜檢測的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排13-15
• 第二章 基于表面等離子體波生化薄膜檢測的數(shù)值計算研究15-28
• 2.1 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)15-18
• 2.2 太赫茲表面等離子體波在沒有薄膜覆蓋的半導(dǎo)體上的傳播理論18-21
• 2.3 太赫茲表面等離子體波在有薄膜覆蓋的半導(dǎo)體上的傳播理論21-23
• 2.4 太赫茲表面等離子體波的傳輸特性23-26
• 2.4.1 太赫茲表面等離子體波磁場分布23-24
• 2.4.2 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)中的有效折射率24-25
• 2.4.3 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)中的吸收系數(shù)25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第三章 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)的仿真研究28-35
• 3.1 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)的建模過程28-30
• 3.2 不同襯底對太赫茲表面等離子體波電場分布的影響30-32
• 3.3 有無薄膜覆蓋在半導(dǎo)體表面對太赫茲表面等離子體波的電場分布的影響32-33
• 3.4 本章小結(jié)33-35
• 第四章 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)實驗研究35-46
• 4.1 太赫茲時域光譜技術(shù)概述35-36
• 4.2 太赫茲時域光譜系統(tǒng)的搭建36-37
• 4.3 太赫茲表面等離子體波薄膜檢測系統(tǒng)的搭建37-39
• 4.4 太赫茲表面等離子體波薄膜光譜檢測和結(jié)果對比分析39-45
• 4.4.1 直接透射的薄膜光譜檢測方法39-42
• 4.4.2 太赫茲表面等離子體波的薄膜光譜檢測方法42-45
• 4.5 本章小結(jié)45-46
• 第五章 總結(jié)與展望46-48
• 參考文獻48-53
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文53-54
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利54-55
• 附錄3 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目55-56
• 致謝56

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