[發明專利]非對稱Au粒子陣列和FP腔耦合的折射率傳感器

在審

• 申請號: 201410056974.1
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103808691A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 宋國峰;張祖銀;胡海峰;王麗娜;馬勛鵬;李康文
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

1.一種非對稱Au粒子陣列和FP腔耦合的折射率傳感器，其特征在于，包括：

絕緣襯底，其至少單面拋光；

金屬薄膜反射層，沉積于所述襯底的拋光面上；

透明介質層，沉積所述金屬薄膜反射層上；以及

二維金屬單元陣列，形成于所述透明介質層上，該二維金屬單元陣列中的每一金屬單元為非對稱單元，其是由兩個沿襯底表面排列的金屬納米柱構成，每一金屬單元的兩金屬納米柱與位于其正下方的金屬薄膜反射層之間構成一F-P腔回路；

其中，該F-P腔回路包括：光在該金屬單元下方金屬薄膜反射層的上表面沿水平方向傳播的部分、光在透明介質層中沿豎直方向來回傳播共兩部分、光在該金屬單元兩金屬立方柱下方的透明介質層的上表面沿水平方向傳播的部分，和光在該金屬單元兩金屬立方柱之間下方的透明介質層的上表面沿水平方向傳播的部分。

2.根據權利要求1所述的折射率傳感器，其特征在于，所述F-P腔回路滿足：

其中，是所述F-P腔回路的總位相平移，為在透明介質層中沿豎直方向向上或向下傳播所產生的位相平移，為光在該金屬單元下方金屬薄膜反射層的上表面沿水平方向傳播所產生的位相平移，為光在該金屬單元兩金屬立方柱下方的透明介質層的上表面沿水平方向傳播所產生的位相平移，該位相平移和金屬顆粒的局域表面等離子體效應直接相關，為光在該金屬單元兩金屬立方柱之間下方的透明介質層的上表面沿水平方向傳播所產生的位相平移，n為正整數。

3.根據權利要求2所述的折射率傳感器，其特征在于：

其中，β為形成金屬立方柱的金屬材料的損耗常量，ω為入射光的頻率，ω_pl為由測量得出的金屬單元產生的局域表面等離子體的共振頻率。

4.根據權利要求1所述的折射率傳感器，其特征在于，所述二維金屬單元陣列的周期介于500nm到700nm之間。

5.根據權利要求1所述的折射率傳感器，其特征在于，所述二維金屬單元陣列的周期為600nm。

6.根據權利要求1所述的折射率傳感器，其特征在于，所述金屬納米柱的形狀為圓柱或立方柱，其材料為以下材料其中之一：Au、Ag或Pt。

7.根據權利要求6所述的折射率傳感器，其特征在于，所述金屬納米柱為金立方柱，其邊長為140nm，高度為100nm，金屬單元內兩金立方柱的間距介于50nm到100nm。

8.根據權利要求1至7中任一項所述的透明介質層，其特征在于，所述透明介質層的材料為以下材料其中之一：ZrO₂和TiO₂，其厚度介于200nm至600nm之間。

9.根據權利要求1至7中任一項所述的折射率傳感器，其特征在于，所述絕緣襯底的材料為以下材料其中之一：SiO₂、Al₂O₃和K9玻璃。

10.根據權利要求1至7中任一項所述的折射率傳感器，其特征在于，所述金屬薄膜反射層的材料為以下材料其中之一：金、銀和鉑，其厚度大于等于100nm。