[发明专利]一种基于石墨烯纳米天线的红外光谱增强及探测方法及装置

摘要

本发明涉及一种基于石墨烯纳米天线的红外光谱增强及探测方法及装置，包括光源，准直透镜，单点探测器，基于三维石墨烯纳米天线的MEMS光栅光调制器。光源发出的红外光经准直透镜照射到基于三维石墨烯纳米天线的MEMS光栅光调制器上，MEMS光栅光调制器的干涉信号被单点探测器探测得到，探测信号再经过傅里叶变换解调，进行光谱重现，根据所得光谱信息实现对痕量分子的检测；该装置具有稳定性好，响应速度快，灵敏度高，宽波段动态可调谐，增强因子高等优点，有望大幅度提高红外光谱分析技术的探测物质种类及灵敏度，具有巨大的发展空间和广泛的应用前景。

主权项

基于石墨烯纳米天线的红外光谱增强及探测装置，其特征在于：所述装置包括光源、准直透镜、基于三维石墨烯纳米天线的MEMS光栅光调制器和单点探测器；所述光源发出的红外光经准直透镜照射到基于三维石墨烯纳米天线的MEMS光栅光调制器上，MEMS光栅光调制器的干涉信号被单点探测器探测得到，探测信号再经过傅里叶变换解调，进行光谱重现，根据所得光谱信息实现对痕量分子的检测；所述基于三维石墨烯纳米天线的MEMS光栅光调制器包括上层可动反射光栅、金属反射层、硅衬底、三维石墨烯纳米天线和柔性支撑结构，所述金属反射层沉积在硅衬底上，所述三维石墨烯纳米天线制作在金属反射层上，所述上层可动反射光栅由柔性支撑结构支撑于硅衬底上，并覆盖在金属反射层以及三维石墨烯纳米天线上方，与它们之间留有合适的空气间隙，上层可动光栅与金属反射层之间通过微加工工艺制备连接导线，施加外部驱动电压V₁改变金属反射层和上层可动光栅之间间距，从而改变两路反射光的光程差；所述三维石墨烯纳米天线包括金属电极、三维石墨烯薄膜、三维介质结构、石墨烯薄膜和介质层；所述介质层沉积在金属反射层上，石墨烯薄膜覆盖于介质层上，石墨烯薄膜之上有三维介质结构，三维石墨烯薄膜复合在三维介质结构之上，金属电极将三维石墨烯薄膜和石墨烯薄膜连接起来，在金属电极和金属反射层之间通过微加工工艺制备连接导线，施加外部电压V₂构成电掺杂回路，对石墨烯表面电导率进行调节，将石墨烯表面等离子体耦合谐振频率调谐到与痕量分子的振动频率调相一致，提高分子与光的相互作用，从而增强痕量分子对光的吸收。