[发明专利]基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器

说明书

本发明公开了一种基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，它包括衬底区域、信号输入端、信号输出端、空气区域、中心样品池区域；衬底区域由聚合物构成；空气区域由第一、二层环形周期等间距排列的空气孔和第三、四、五层中心对称半环形周期等间距排列的空气孔组成，中心样品池区域由对称空气孔样品单元组成。太赫兹波从信号输入端输入，依次经过信号输入端、空气区域、中心样品池区域，在信号输出端输出，通过光子晶体结构的作用实现对样品池中不同样品折射率的传感功能。本发明具有高灵敏度，易于加工等特点，在生物化学等领域具有广阔应用前景等优点。

技术领域

本发明涉及太赫兹波折射率传感器，尤其涉及基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器。

背景技术

太赫兹波是位于毫米波与红外线之间，波长在30μm-3mm范围内的一段电磁波区域，又被称为T-射线。太赫兹技术的发展要依靠电子学科学技术和光子学科学技术，太赫兹波处于宏观电子学与微观光子学研究的交叉领域，对太赫兹的研究可以从电子学和光子学两个领域开展，填补电磁波谱的这一空白区域，具有非常重要的科学意义和研究价值。太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。在实际应用中，利用不同材料折射率与太赫兹波产生的共振效应，从而引起太赫兹波不同的响应，为太赫兹波的进一步应用奠定基础，具有良好性能的太赫兹波折射率传感器吸引了大量研究人员的关注。

太赫兹波折射率传感器在太赫兹系统中的重要作用使得不同结构的太赫兹波折射率传感器相继被提出。然而现有的太赫兹波折射率传感器大都存在着结构复杂、性能低、成本高、难加工等诸多缺点，所以研究结构简单、成本低、易制作的太赫兹波折射率传感器意义重大。

发明内容

本发明为了克服现有技术不足，提供一种结构简单、传感性能高、易加工的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其包括信号输入端、信号输出端、空气孔区域、衬底材料区域、中心样品池单元区域；所述空气孔区域由5层共114个开设于衬底材料区域上的空气孔单元组成，5层空气孔单元逐层布置于5个同心圆上，第一层由圆环形周期等间距排列的12个空气孔组成，第二层由圆环形周期等间距排列的18个空气孔组成，第三、四、五层均由两个呈镜像对称布置的半环形空气孔阵列组成，且两个半环形空气孔阵列的两端之间均留有间隔空间，第三、四、五层空气孔单元中包含的空气孔数量分别为22个、28个、34个；第三、四、五层空气孔单元的间隔空间沿径向相连，使得在衬底材料区域两侧分别形成信号输入端和信号输出端；所述中心样品池单元区域布置于第一层空气孔单元的圆环内，由中心上样品池单元和中心下样品池单元组成；所述中心上样品池单元的样品腔以第一高密度聚乙烯壁为界分为内外两层互不连通的空腔区域，第一高密度聚乙烯壁由第一半圆弧形段和第一劣弧形段首尾相连组成；所述中心下样品池单元的样品腔以第二高密度聚乙烯壁为界分为内外两层互不连通的空腔区域，第二高密度聚乙烯壁由第二劣弧形段和第二半圆弧形段首尾相连组成；所述中心下样品池单元与中心上样品池单元以镜像对称形式布置；太赫兹波从信号输入端输入，依次经过衬底材料区域和空气孔区域进入中心样品池单元区域，最后从信号输出端输出，通过空气孔区域光子晶体结构的作用实现对中心上样品池单元和中心下样品池单元中不同样品折射率的传感功能。上述技术方案可采用如下优选方式：

作为优选，所述的空气孔区域中的每一个空气孔半径均为40～44μm，同一层以及相邻层空气孔单元的两个相邻空气孔之间的间距均为14～18μm

作为优选，所述的空气孔区域中，以所述同心圆的圆心作为原点，空气孔位置排布方式表示为：

其中，a是晶格常数，M是空气孔单元的层数，m是一层空气孔单元中空气孔的序数，1≤m≤6M，x(M,m)是第M层空气孔单元第m个空气孔的x轴坐标，y(M,m)是第M层空气孔单元中第m个空气孔的y轴坐标。