[發明專利]一種多波長共振的等離子共振結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201310660621.8
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103645160A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 呂昌貴;趙亮亮;王肇征;畢紀軍;葉莉華;鐘嫄;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種多波長共振的等離子共振結構及其制備方法，屬于對目標分子的高靈敏度傳感與探測領域。

背景技術

表面等離子共振是指光照射在納米金屬結構上激發起金屬表面電子的集體振蕩。這樣的電子振蕩與大面積金屬表面上激發起的振蕩方式不同，它不會傳播，所以也叫局域表面等離子共振。近幾年發展迅速的表面等離子共振器件，可以對光場實現幾個數量級的局域場增強。因此基于表面等離子共振結構的熒光標記與拉曼散射是實現高靈敏度傳感與探測的有效途徑，在超高靈敏度傳感與探測方面具有極為重要的應用價值。

目前用于熒光增強與拉曼增強的應用研究向兩個方向發展。一是尋求更高的局域場增強因子。目前常用的等離子共振結構主要包括單個金屬納米顆粒與金屬納米顆粒對。應用最廣泛的還是納米顆粒結構，如金屬納米球如圖1所示，其共振特性如圖2所示，這種對稱結構一般具有一個共振峰；二是為同時檢測多個熒光探針或者提高拉曼信號的信噪比而尋求多波長等離子共振結構。目前大多采用非對稱結構來實現多個波長的共振，包括橢球、金屬棒以及多面體等不對稱結構，圖3給出了金屬納米橢球結構。從其共振特性圖4中可以看出，當激發光的偏振態沿著橢球的不同方向時，其共振峰的位置不同，但是多個共振峰的相對位置、強弱不易調節。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種多波長共振的等離子共振結構及其制備方法，解決了多個共振峰的相對位置、強弱不易調節的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種多波長共振的等離子共振結構，包括介質圓盤和金屬圓盤，所述介質圓盤和金屬圓盤交替疊加構成柱對稱結構，所述金屬圓盤的層數大于等于三層，所有金屬圓盤的圓面面積和厚度均相等，所述介質圓盤的材料為光學透明介質，所有介質圓盤的圓面面積和厚度均相等，所述介質圓盤的圓面面積小于等于金屬圓盤的圓面面積。

所述介質圓盤和金屬圓盤的直徑相等。

所述金屬圓盤的材料為金或銀，光學透明介質為SiO₂或MgF₂。

一種多波長共振的等離子共振結構的制備方法，包括以下步驟：

（1）在玻璃或者石英基片上通過旋圖的方法涂覆一層有機薄膜；

（2）使用制備好的模板在有機薄膜上進行壓印，模刻出柱對稱結構凹槽陣列；

（3）對有機薄膜進行烘焙以及反應離子束刻蝕處理；

（4）然后在柱對稱結構凹槽陣列內交替逐層蒸鍍金屬和介質；

（5）蒸鍍完成后采用有機溶液清洗去除有機薄膜，保留下柱對稱結構。

本發明的有益效果：1、本發明為所述介質圓盤和金屬圓盤交替疊加構成柱對稱結構，多個金屬盤之間存在局域等離子共振的耦合，導致了多種空間模式場的出現，如電偶極子模式、磁偶極子模式等，從而出現了多個共振峰，通過調節金屬圓盤厚度與圓面面積可以調節單個金屬圓盤的共振強度，通過調節相鄰金屬圓盤之間的距離可以調節金屬圓盤之間的耦合強度，從而調節多個共振峰的相對位置與強弱；2、本發明為柱對稱結構，無論激發光的偏振態沿哪個方向，其共振特性不變，這對于很多實際應用場合具有重要意義；3、該結構簡單，要求的工藝簡便，只需要傳統的納米壓印工藝與薄膜蒸鍍工藝，重復性好，便于應用。

附圖說明

圖1為金屬納米球結構的示意圖。

圖2為金屬納米球結構的光譜共振特性圖。

圖3為金屬納米橢球結構的示意圖。

圖4為金屬納米橢球結構的光譜共振特性圖。

圖5為本發明的側視圖。

圖6為本發明的俯視圖。

圖7為實施例一的光譜共振特性圖。

圖8為實施例一的局域場增強特性圖。

圖9為實施例二的光譜共振特性圖。

圖10為實施例二的局域場增強特性圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。

一種多波長共振的等離子共振結構，包括介質圓盤1和金屬圓盤2，所述介質圓盤1和金屬圓盤2交替疊加構成柱對稱結構，所述金屬圓盤2的層數大于等于三層，所有金屬圓盤2的圓面面積和厚度均相等，金屬圓盤2的材料為金或銀，所述介質圓盤1的材料為光學透明介質，光學透明介質為SiO₂或MgF₂，所有介質圓盤1的圓面面積和厚度均相等，所述介質圓盤1的圓面面積小于等于金屬圓盤2的圓面面積。