用于生物分子指纹传感的高效自由空间到芯片的亚皮秒太赫兹脉冲耦合
光学
2023-01-25 v1 应用物理
摘要
亚皮秒超快太赫兹(THz)脉冲携带着与生物分子振动或转动模式相关的丰富独特光谱指纹，并可用于解析这些运动的时间依赖动力学。因此，亟需一种增强太赫兹光-物质相互作用的高效平台。波导因其对电磁场的紧密空间限制与更长相互作用距离而成为有前景的平台。然而，由于超快信号的超宽带宽特性，将亚皮秒太赫兹脉冲高效馈入波导仍具挑战。我们提出一种由一对背靠背Vivaldi天线与90{\deg}弯曲缝隙波导组成传感芯片以克服该挑战。该传感芯片的有效工作带宽范围为0.2至1.15 THz，自由空间到芯片的耦合效率高达50%。在整个频段内，太赫兹信号高于噪声电平42.44 dB，峰值达73.40 dB。为利用该高效传感芯片，我们测量了{\alpha}-乳糖一水合物的特征指纹，并成功观测到近0.53 THz处的尖锐吸收谷，证明了所提方案的准确性。该传感芯片具有面内耦合高效、超宽带宽、易集成与制造、可大规模制造及成本效益等优势，可作为太赫兹光-物质相互作用平台的强有力候选。
引用
@article{arxiv.2209.06066,
title = {Efficient free-space to chip coupling of ultrafast sub-ps THz pulse for biomolecule fingerprint sensing},
author = {Yanbing Qiu and Kun Meng and Wanling Wang and Jing Chen and John Cunningham and Ian Robertson and Binbin Hong and Guo Ping Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.06066},
year = {2023}
}
备注
Corresponding authors: Binbin Hong's E-mail: [email protected]; Guo Ping Wang's E-mail: [email protected]