[发明专利]一种表面等离子体共振的太赫兹传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，涉及一种太赫兹传感器，特别是涉及一种表面等离子体共振的太赫兹传感器。

背景技术

太赫兹波段是介于中红外与微波之间的、在频谱上未被完全开发的波段，被称为“太赫兹空隙”。它在物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息和国防科技等方面具有重大的科学意义和应用前景。由于太赫兹波段的重要学术意义和应用价值，近几年来太赫兹物理、器件及应用已成为国际上最热门的前沿研究领域之一。

表面等离子体共振技术是二十世纪九十年代发展起来、一种能灵敏测量被测物体介电函数变化的技术。该技术在物理、化学和生物方面有着非常广泛的应用，尤其是运用在实时监测生物大分子相互作用上。表面等离子体共振生物传感器经过二十多年的发展，已经成为生命科学和制药领域一种重要的研究工具。

通过对太赫兹波谱的研究，发现很多生物大分子在太赫兹波段存在特征峰。而目前对生物大分子的波谱分析主要采用太赫兹时域波谱分析仪。生物大分子的相互作用过程分析需要一种能实时监控的太赫兹传感器。

由于普通棱镜在太赫兹波段的折射率比较低，同时金属在太赫兹波段的折射率比较高，因此适用于现有表面等离子体共振传感器的普通棱镜和金属薄膜的全反射结构在太赫兹波段并不适用。又由于金属在太赫兹波段的介电函数非常大，无法形成有效的表面等离子体，因此适用于现有波段的表面等离子体共振传感器的金属薄膜等离子体形成机制在太赫兹波段也不适用。

鉴于现有的表面等离子体共振传感器的基本结构在太赫兹波段并不适用，本发明提出了本征半导体和重掺杂半导体的全反射结构，同时利用重掺杂半导体的负的介电函数解决了难以形成太赫兹波段等离子体的问题，从而提出了一种有望实时监控生物大分子相互作用过程的太赫兹传感器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种表面等离子体共振的太赫兹传感器，用于解决现有技术中的表面等离子体共振传感器无法在太赫兹波段使用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种表面等离子体共振的太赫兹传感器，所述太赫兹传感器至少包括：

重掺杂半导体薄膜，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

光波导耦合层，形成于所述重掺杂半导体薄膜的第一表面；

传感片，形成于所述重掺杂半导体薄膜的第二表面，所述传感片置于样品通道中、与待测分子接触；

太赫兹量子级联激光器，发射太赫兹光至所述光波导耦合层；

太赫兹探测器，探测从所述光波导耦合层反射的太赫兹光。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述太赫兹量子级联激光器为激射固定频率的激光器，激射频率的范围为1.2～4.4THz。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述光波导耦合层为本征半导体，太赫兹光在所述光波导耦合层和重掺杂半导体薄膜之间形成全反射。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述本征半导体为GaAs。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述重掺杂半导体薄膜为掺Si的GaAs薄膜，掺杂浓度为2*10¹⁸～5*10¹⁸cm^-3。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述重掺杂半导体薄膜的厚度范围为40～60nm。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，在所述重掺杂半导体薄膜和传感片之间产生表面等离子体共振波。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述传感片为分子敏感膜，可与待测分子进行反应。

作为本发明表面等离子体共振的太赫兹传感器的一种优化的方案，所述太赫兹探测器为Si热辐射探测器。