本发明属于有机分子浓度探测，具体涉及一种基于强耦合效应的有机分子浓度探测方案。
背景技术：
1、长期以来，光与物质相互作用就受人们关注，它涉及自发辐射、受激吸收、受激辐射等众多光学现象。当光与物质相互作用，如果耦合系统的能量交换速率大于光与物质各自的衰减速率，系统就处于强耦合状态。在强耦合状态下，原有的光与物质的模式消失，新的极化激元模式出现，并且在频谱中原有模式相交的地方可以观察到反交叉的现象，即拉比劈裂。通过对系统进行分析，我们会发现极化激元模式同时继承了光和物质的性质，例如激子极化激元既表现出光子成分的低有效质量和长距离传输性质，又表现出激子的强非线性性质，这些独特的性质使得极化激元在基础物理理论研究和新型光学器件的研发上具有非常重要的应用，例如玻色-爱因斯坦凝聚、超流理论，以及极化激元激光器、逻辑门器件、量子通信等等研究。
2、近年来，光与物质强耦合的领域不断发展，强耦合现象已经在许多波段实现。而相比于其他波段，太赫兹波段强耦合效应的研究则被人们关注较少。太赫兹波通常宽泛地指频率范围在0.1太赫兹到10太赫兹，介于高频微波和长程远红外辐射之间的电磁波。近期，太赫兹共振器中的光学共振模式与钙钛矿或纳米晶体中的声子模式间的强耦合效应，以及类似的光学共振模式与半导体量子阱的带间跃迁之间的强耦合效应已被观测到。此外，人们观测到有机分子的振动模式与法布里-珀罗腔或者光子晶体中的光学模式间的强耦合效应。但一般适用于太赫兹波段的基于超构表面的有机分子探测器，频率移动与小的浓度变化范围的浓度成正比，如在基于四共振器的超构材料探测器中，2-16微摩尔每升的范围中，频率移动与分子浓度成正比，这种方法探测灵敏度高，但缺点是可探测的浓度范围很小，并且仅适用于低浓度范围下探测。因此研制一种适用于高浓度、大量程的有机分子浓度探测器是很有必要的。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于强耦合效应的有机分子浓度探测器及探测方法，可适用于高浓度、大量程的有机分子浓度探测。进一步的，本发明还可通过探测器的相关参数设置和材料选择，将探测器适用于太赫兹波段。
2、本发明的第一方面公开一种基于强耦合效应的有机分子浓度探测器，包括：透明薄膜及形成于透明薄膜上的超构表面；所述透明薄膜具有对工作波段的电磁波75％以上的透射率；所述超构表面包括若干周期性排布的结构单元；所述超构表面还被构造为：与工作波段下不同入射角的线偏振入射光相互作用产生局域表面等离激元模式，所述局域表面等离激元模式与被测有机分子的有机分子模式发生强耦合。
3、作为一种优选方案，所述透明薄膜具有对工作波段的电磁波90％以上的透射率。
4、作为一种优选方案，所述结构单元在两个正交方向的周期相同。
5、作为一种优选方案，所述结构单元的材质为金、银、铜、铝中的任意一种或者上述金属的合金材料。
6、作为一种优选方案，工作波段为太赫兹波段时，所述透明薄膜的材料为硅、锗、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、聚苯乙烯、聚砜、透明尼龙中的任意一种或者两种上述材料形成的复合材料。
7、作为一种优选方案，所述结构单元为金属棒。
8、作为一种优选方案，工作波段为太赫兹波段时，所述金属棒的长度l为50-200微米，宽度w为30-60微米；所述金属棒的厚度h为50-200纳米；所述结构单元沿金属棒长度和宽度方向的周期为100-1000微米。
9、本发明的第二方面公开一种基于强耦合效应的有机分子浓度探测方法，其采用本发明第一方面或其任意一项优选方案所述的有机分子浓度探测器进行探测，包括：
10、将被测有机分子覆盖于有机分子浓度探测器的超构表面上；
11、采用工作波段下不同入射角的线偏振入射光照射超构表面，使入射光与超构表面相互作用产生局域表面等离激元模式，所述局域表面等离激元模式与被测有机分子的有机分子模式发生强耦合；
12、获取不同入射角下的透射谱线，得到极化激元频率，使用基于杰恩斯-卡明斯模型的模式耦合哈密顿量拟合出耦合强度vg；
13、基于所述耦合强度vg与有机分子浓度n之间存在着vg正比于n1/2的关系以及标定后的系数，计算得到被测有机分子的浓度；
14、所述标定后的系数获得的方式为：测量不同已知有机分子浓度n对应的耦合强度vg，通过线性拟合获得拟合直线的斜率，将所述斜率作为标定后的系数。
15、可选的，所述有机分子模式包括分子间振动模式、激子模式、声子模式。
16、可选的，所述被测有机分子具有太赫兹波段的分子间振动模式，其厚度为100-300微米。
17、本发明公开具有以下有益效果：
18、1)本发明基于超构表面的局域表面等离激元模式与有机分子的分子间振动模式之间的强耦合效应，其耦合强度vg(体现为频率移动)与有机分子浓度n之间存在着vg正比于n1/2的关系，有别于一般频率移动与有机分子浓度n之间成正比的探测方案，可以适用于大量程的有机分子浓度探测。
19、2)本发明所提供的基于强耦合效应的有机分子浓度探测器可适用于探测高浓度的有机分子样品，甚至可以探测无杂质的纯的乳糖薄膜的浓度。并且，可探测的量程较现有的探测器更宽。
20、3)本发明所提供的基于强耦合效应的有机分子浓度探测器不仅能较好的适用于太赫兹波，还能适用于其它工作波段。
21、4)本发明实现方式简单，可通过光刻等常规工艺制备厘米级尺度以上的大面积产品，制作成本低、易于推广。
1.一种基于强耦合效应的有机分子浓度探测器，其特征在于，包括：透明薄膜及形成于透明薄膜上的超构表面；所述透明薄膜具有对工作波段的电磁波75％以上的透射率；
2.如权利要求1所述的有机分子浓度探测器，其特征在于，所述透明薄膜具有对工作波段的电磁波90％以上的透射率。
3.如权利要求1所述的有机分子浓度探测器，其特征在于，所述结构单元在两个正交方向的周期相同。
4.如权利要求1所述的有机分子浓度探测器，其特征在于，所述结构单元的材质为金、银、铜、铝中的任意一种或者上述金属的合金材料。
5.如权利要求1至4任意一项所述的有机分子浓度探测器，其特征在于，工作波段为太赫兹波段时，所述透明薄膜的材料为硅、锗、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚氯乙烯、热塑性聚氨酯弹性体橡胶、聚苯乙烯、聚砜、透明尼龙中的任意一种或者两种上述材料形成的复合材料。
6.如权利要求1至4任意一项所述的有机分子浓度探测器，其特征在于，所述结构单元为金属棒。
7.如权利要求6所述的有机分子浓度探测器，其特征在于，工作波段为太赫兹波段时，所述金属棒的长度l为50-200微米，宽度w为30-60微米；所述金属棒的厚度h为50-200纳米；所述结构单元沿金属棒长度和宽度方向的周期为100-1000微米。
8.一种基于强耦合效应的有机分子浓度探测方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任意一项所述的有机分子浓度探测器进行探测，包括：
9.如权利要求8所述的有机分子浓度探测方法，其特征在于，所述有机分子模式包括分子间振动模式、激子模式、声子模式。
10.如权利要求8所述的有机分子浓度探测方法，其特征在于，所述被测有机分子具有太赫兹波段的分子间振动模式，其厚度为100-300微米。
