本申请实施例提供了一种介电常数测量装置及方法，适用于太赫兹技术领域。该方法包括：通过基于结构改进后的人工等离激元波导的介电传感器结构，在太赫兹频段对介电材料的介电常数进行测量，具体地，通过改变波导特定部分金属层几何参数，使得波导的功能由传输变为传感，然后根据不同介电常数的样品会使该介电传感器的谐振峰中心频率偏移，通过谐振峰中心频率的偏移量计算出待测样品的介电常数。执行该方法的装置包括基于的人工等离激元波导，其具有结构简单、易加工、灵敏度良好等优点。该测量介电常数测量方法能够对微量小样品的介电常数进行简便快捷的测定。数进行简便快捷的测定。数进行简便快捷的测定。
【技术实现步骤摘要】
一种介电常数测量装置及方法
[0001]本申请属于太赫兹
，尤其涉及一种介电常数测量装置及方法。
技术介绍
[0002]人工表面等离激元是一种沿着金属和介质表面传播并在与波垂直方向上呈指数衰减的被严格束缚在器件表面的电磁波。为了将表面等离激元的概念推广至低频段(如微波、太赫兹波段)，实现表面电磁波在微波和太赫兹频段下的高约束性传播，可以通过在金属表面挖孔或者刻槽的方式，得到人工表面等离子体，其优势在于，通过简易地改变亚波长金属结构的几何参数，可控制电磁波传播。
[0003]太赫兹波通常指频率位于0.1THz至10THz之间的电磁辐射，长期以来受到缺乏有效的太赫兹产生源及探测手段的限制，这一波段也被称为太赫兹间隙。目前，人工等离子体在太赫兹介电传感方面的应用还没有得到充分的探索与发展。
[0004]在太赫兹频段内，现有的基于人工表面等离激元介电传感器的结构一般是非平面的，导致诸如人工表面等离激元波导与矢量网络分析仪集成得到的系统紧凑度不高。
技术实现思路
[0005]本申请实施例提供了一种介电常数测量装置及方法，该介电常数测量装置通过改变波导介电传感器的中心单元的尺寸，将该波导的功能由传输变为传感，该介电测量方法根据待测样品的谐振峰中心频率偏移量，计算出了该待测样品的介电常数，解决了对微量小样品的介电常数进行简便快捷测量的问题。
[0006]第一方面，提供了一种介电常数测量装置的结构，包括：波导介电传感器，所述波导介电传感器包括第一端口和第二端口、位于所述第一端口侧的第一过渡区域、位于所述第二端口侧的第二过渡区域、中心单元区域、位于所述第一端口和所述第一过渡区域之间的第一传输区域、位于所述第二端口和所述第二过渡区域之间的第二传输区域；矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪包括第三端口和第四端口，所述波导介电传感器的第一端口和所述矢量网络分析仪的第三端口连接，所述波导介电传感器的第二端口和矢量网络分析仪的第四端口连接。
[0007]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一过渡区域和所述第二过渡区域相对于所述波导介电传感器的中心位置对称，所述中心单元区域位于所述波导介电传感器的中心区域，所述第一过渡区域和所述第二过渡区域和所述中心单元区域分别包括多个金属栅格，位于所述中心位置的所述金属栅格的长度大于其他所述金属栅格的长度；位于所述第一过渡区域的所述金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第一端口的方向均匀变小，位于所述第二过渡区域的所述金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第二端口的方向均匀变小。
[0008]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，位于所述中心位置的所述金属栅格的长度设置为大于150微米且小于300微米的任一长度。
[0009]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，位于所述第一传输区域和所述第二传输区域的所述金属栅格，以及位于所述中心单元区域中除所述中心位置之外其他的所述金属栅格的长度设置为大于0微米且小于100微米的任一长度。
[0010]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，位于所述第一过渡区域的金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第一端口的方向均匀变小，直至所述金属栅格的长度达到第一阈值；以及，位于所述第二过渡区域的金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第二端口的方向均匀变小，直至所述金属栅格的长度达到所述第一阈值。
[0011]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述波导介电传感器包括基底，所述基底上表面具有沿所述波导介电传感器长度方向周期性分布金属栅格阵列，所述金属栅格阵列包括多个所述金属栅格，所述金属栅格之间具有一维沟槽结构。
[0012]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述波导介电传感器的所述基底的材料为硅和/或蓝宝石。
[0013]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述金属栅格的材料为金和/或铜。
[0014]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述波导介电传感器的第一端口和所述矢量网络分析仪的第三端口连接，所述波导介电传感器的第二端口和矢量网络分析仪的第四端口连接。
[0015]第二方面，提供了一种介电常数测量方法，应用于介电常数测量装置，所述介电常数测量装置包括波导介电传感器和矢量网络分析仪，所述方法包括：将待测样品放置于波导介电传感器中心单元区域；通过所述波导介电传感器的第一端口接收矢量网络分析仪第三端口馈入的横电磁波信号；所述波导介电传感器的第二端口输出横磁波信号至所述矢量网络分析仪的第四端口；获取所述待测样品对应的谐振曲线，所述谐振曲线的传输效率达到最小值时对应的频率为谐振峰的中心频率，所述谐振峰的中心频率与待测样品的介电常数一一对应；根据所述待测样品的谐振峰和预设的标准样品的谐振峰，获取所述待测样品的介电常数。
[0016]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，对所述的预设的多个标准样品的介电常数及谐振峰中心频率进行测量，得出当所述的多个标准样品的介电常数发生改变时的多个所述谐振峰中心频率，所述谐振峰中心频率与所述标准样品的介电常数具有一一对应关系；由所述对应关系得出频率偏移规律；根据所述频率偏移规律及所述待测样品的谐振峰中心频率的数值，计算出所述待测样品的介电常数。
附图说明
[0017]图1是本申请实施例提供的一种介电常数测量装置的波导介电传感器的俯视结构图。
[0018]图2是本申请实施例提供的一种介电常数测量装置的波导介电传感器的侧视结构图。
[0019]图3是本申请实施例提供的一种介电常数测量装置的波导介电传感器的单个金属栅格各尺寸参数示意图。
[0020]图4是本申请实施例提供的一种介电常数测量装置的波导介电传感器的中心单元
的中心位置的金属栅格分别为80微米和300微米时的透射谱图。
[0021]图5是本申请实施例提供的一种基于介电常数测量装置及方法测量样品的频率偏移量随折射率的变化率示意图。
[0022]图6是本申请实施例提供的一种基于介电常数测量装置及方法的介电常数测量系统的工作流程示意图。
[0023]图7是本申请实施例提供的一种基于介电常数测量装置及方法测量不同介电常数样品时的透射谱图。
具体实施方式
[0024]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0025]应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0026]还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种介电常数测量装置，其特征在于，包括：波导介电传感器和矢量网络分析仪，所述波导传感器包括第一端口和第二端口，所述矢量网络分析仪包括第三端口和第四端口，所述第一端口和所述第三端口连接，所述第二端口和第四端口连接；所述波导介电传感器包括位于所述第一端口侧的第一过渡区域、位于所述第二端口侧的第二过渡区域、中心单元区域，所述第一过渡区域和所述第二过渡区域相对于所述波导介电传感器的中心位置对称，所述中心单元区域位于所述波导介电传感器的中心区域，其中：所述第一过渡区域、所述第二过渡区域和所述中心单元区域分别包括多个金属栅格，位于所述中心位置的所述金属栅格的长度大于其他所述金属栅格的长度；位于所述第一过渡区域的所述金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第一端口的方向均匀变小，位于所述第二过渡区域的所述金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第二端口的方向均匀变小。2.如权利要求1所述的介电常数测量装置，其特征在于，位于所述中心位置的所述金属栅格的长度设置为大于150微米且小于300微米的任一长度。3.如权利要求1所述的介电常数测量装置，其特征在于，所述波导介电传感器还包括第一传输区域和第二传输区域，所述第一传输区域位于所述第一端口和所述第一过渡区域之间，所述第二传输区域位于所述第二端口和所述第二过渡区域之间；位于所述第一传输区域和所述第二传输区域的所述金属栅格，以及位于所述中心单元区域中除所述中心位置之外其他的所述金属栅格的长度设置为大于0微米且小于100微米的任一长度。4.如权利要求1或2所述的介电常数测量装置，其特征在于，位于所述第一过渡区域的金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第一端口的方向均匀变小，直至所述金属栅格的长度达到第一阈值；以及，位于所述第二过渡区域的金属栅格的长度沿从所述中心位置指向所述第二端口的方向均匀变小，直至所述金属栅...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱正芳，周迪，王任衡，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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