传输端口的宽度w为0.94 μ m，以保证端口 50 Ω的阻抗匹配。
[0038]第一模式转换部2和信号获取部I的能量传输端口连接，由Vivaldi天线的经典指数方程绘出。包括Vivaldi天线21以及第一金属波导22，Vivaldi天线21用于和信号获取部I的阻抗相匹配，第一金属波导22上设置有复数个槽深逐渐增大的凹槽，用于激发表面等离子激元，将太赫兹波由灵敏度低的准TEM波模式转化为灵敏度高的表面波模式，保证宽频带的高效激励。
[0039]传导检测部3包括第二金属波导31以及和第二金属波导31间隔预定间距的谐振环32。金属波导31上设置有复数个固定槽深h的凹槽311，凹槽311的槽深与第一金属波导22中最大的槽深相同。谐振环32为设置有周期性沟槽结构的圆盘，和金属波导31的间距g2为0.5?1.5 μ m，待检样品被放置于沟槽结构中。
[0040]本实施例中，谐振环外环半径巧为120 μ m，内环半径r 2为60 μ m，谐振环的沟槽周期为20?60个，占空比为50%。金属波导中凹槽的槽深h为50 μ m，槽底距离金属层的底端间隔为0.1h0
[0041]第二模式转换部4与第一模式转换部2沿传导检测部3的中心线相对称，包括凹槽深度逐渐减小的金属波导41以及和该金属波导连接的Vivaldi天线21，用于将太赫兹波由表面波模式转换为准TEM波模式。
[0042]图4是本实施例的检测装置检测有机物样品的流程图。
[0043]如图4所示，基于圆盘周期结构的太赫兹波有机物检测装置检测有机物的方法，包括如下步骤:
[0044]步骤一，待检样本被制成薄片状，置于对太赫兹波透明的聚苯二甲酸乙二醇酯材料上，而后在显微镜下被放置于谐振环31的凹槽311中，再将装置放在用于探测的静电台上;
[0045]步骤二，共面波导I通过探针201从矢量网络分析仪200中获取输入太赫兹波信号，并将其以准TEM波的形式传递给第一模式转换部2 ;
[0046]步骤三，第一模式转换部2激发表面等离子体激元，将灵敏度低的准TEM波转换为灵敏度高的表面波；
[0047]步骤四，表面波沿传导检测部3中的凹槽阵列传播，在金属波导和谐振环耦合作用下形生谐振峰，谐振峰穿过待检样本，发生漂移后被第二模式转换部4换为TEM波，并传输给信号输出部5 ；
[0048]步骤五，信号输出部5通过探针202将TEM波传输给矢量网络分析仪，尽行数据分析，完成实现了对待检样品中有机物的检测。
[0049]图5是本实施例的检测装置检测大分子生物有机物(癌细胞)的结果图。
[0050]如图5所示，以正常细胞样品作为对照，由于癌细胞和正常细胞的大分子介电常数不同，谐振峰发生了漂移，从而实现了太赫兹大分子有机物的检测。
[0051]实施例的作用与效果
[0052]根据本实施例提供的基于圆盘周期结构的太赫兹波有机物检测装置，由于金属波导可和谐振环耦合产生高Q值(200?300)的谐振峰，对待检样品进行检测，提高了太赫兹波检测有机物的灵敏度，为解决快速检测有机物的科学难题提供了一种参考。同时，检测装置在实际应用中操作简便，提高了太赫兹波段传感器检测效率。
[0053]本发明不限于【具体实施方式】的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所述的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
【主权项】
1.一种基于圆盘周期结构的太赫兹波有机物检测装置，其特征在于，具有: 衬底；以及 金属层，设置于所述衬底的上表面上，用于获取所述太赫兹波并对所述有机物进行检测， 其中，所述金属层包括: 信号获取部，为共面波导，用于从上位装置获取所述太赫兹波，并将其转化为准TEM波模式； 第一模式转换部，与所述信号获取部连接，包括Vivaldi天线以及第一金属波导， 所述Vivaldi天线用于和所述信号获取部的阻抗相匹配，所述第一金属波导上设置有复数个槽深逐渐增大的凹槽，用于激发表面等离子激元，将所述太赫兹波由准TEM波模式转化为表面波模式； 传导检测部，与所述第一模式转换部连接，用于让所述表面波传导并穿过所述待检样品从而对所述有机物进行检测，包括与所述第一金属波导连接第二金属波导，以及与所述第二金属波导间隔一定间距的谐振环，所述待检样品被放置于所述谐振环上， 所述第二金属波导上设置有复数个固定槽深的凹槽，所述固定槽深与所述第一金属波导中最大的槽深相同，所述谐振环为设置有周期性沟槽结构的圆盘，相邻两个所述沟槽结构之间为齿，所述齿与所述凹槽之间的波导相对； 第二模式转换部，与所述第一模式转换部沿所述传导检测部的中心线相对称，用于将所述太赫兹波由所述表面波模式转换为所述准TEM波模式；以及 信号输出部，和所述第二模式转换部连接，用于将所述太赫兹波传输给下位分析设备。2.根据权利要求1所述的基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于，还包括: 矢量网络分析仪，通过两个探针分别和所述信号获取部以及所述信号输出部连接，用于发射和探测所述太赫兹波信号。3.根据权利要求2所述的基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述共面波导包括中心带以及位于所述中心带两侧且与所述中心带间隔一定间距的接地带， 所述中心带和所述接地带之间的两个槽口分别作为所述信号获取部以及所述信号输出部的能量传输端口，和所述矢量网络分析仪的探针连接。4.根据权利要求1所述的基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述Vivaldi天线包括开路腔、槽线以及指数线，所述第一金属波导沿所述槽线向所述第二金属波导处延伸。5.根据权利要求1所述的基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述谐振环和所述金属波导之间的所述间距为0.5?1.5 μπι， 所述谐振环的内外层半径比为0.2?I。6.根据权利要求1所述的基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述谐振环的沟槽结构的周期个数为20?60， 所述待检样品被放置于所述沟槽中。7.根据权利要求1所述基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述衬底由石英、聚苯二甲酸乙二醇酯以及聚酰亚胺中的任意一种材料制成。8.根据权利要求1所述基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述待检样本被制成薄片状，置于对所述太赫兹波透明的聚苯二甲酸乙二醇酯材料上。9.根据权利要求1所述基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置，其特征在于: 其中，所述有机物包括化学有机物以及生物样品中的液体有机物和固体有机物。10.权利要求1所述的基于圆盘周期结构的太赫兹有机物检测装置检测有机物的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，所述待检样本被制成薄片状后，放置于所述谐振环上的凹槽结构中； 步骤二，采用所述共面波导从上位装置获取所述太赫兹波，将其转化为准TEM波模式，并将所述准TEM波传输给所述第一模式转化部； 步骤三，采用所述第一模式转换部中的第二金属波导将所述TEM波转化为表面波，所述表面波在所述金属波导的凹槽阵列中传输； 步骤四，采用所述谐振环和所述第二金属波导相耦合，形成谐振峰； 步骤五，所述谐振峰穿过所述待检样本发生漂移后采用所述第二模式转换部将其转换为所述TEM波； 步骤六，采用所述信号输出部将所述TEM波传输给下位检测设备进行数据分析。
【专利摘要】本发明提供了一种基于圆盘周期结构的太赫兹波有机物检测装置，具有衬底以及金属层，金属层用于获取太赫兹波并对所述有机物进行检测，包括信号获取部、第一模式转换部、传导检测部、第二模式转换部以及信号输出部，信号获取部用于从上位装置获取太赫兹波，并将太赫兹波传递给第一模式转换部进行模式转换，变为表面等离子体波，表面等离子体波在传导检测部中的金属波导中传输，并在金属波导可和谐振环耦合产生高Q值的谐振峰，谐振峰穿过待检样品，经第二模式转换部再次进行模式转换，最后由信号输出部传递给矢量网络分析仪进行数据分析。
【IPC分类】G01N21/63
【公开号】CN105044046
【申请号】CN201510292965
【发明人】陈麟, 朱亦鸣, 汪丹妮, 魏凌, 臧小飞, 蔡斌
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月1日