[發明專利]一種用于fano共振的耦合裝置及其應用

在審

• 申請號: 201710411809.7
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107014782A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 鄭改革;王楠;卜令兵
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙)32238
• 代理人: 張立榮,裴詠萍

技術領域

本發明屬于光學領域，具體涉及一種基于fano共振進行物質濃度檢測的裝置。

背景技術

隨著現代測試技術的進步，在系統運行過程中不僅要能進行在線動態測量、實時監測處理，而且要求器件幾何尺寸盡量變小。但受衍射極限限制的傳統光學器件尺寸限制了集成光學的快速發展。而fano共振可以突破衍射極限，實現納米尺度的光學和光電子器件。表面等離子體波是一種在金屬/電介質界面上激發并耦合電荷密度起伏的電磁振蕩，它是沿著金屬/電介質表面傳播的表面電磁波，具有近場增強、表面受限、短波長等獨特的特性，相應產生的表面等離子效應如透射增強現象、聚束效應、共振增強效應等在納米光子學的研究中扮演著重要角色。

表面等離子波和波導耦合可以產生 fano共振。基于fano共振的傳感器，是基于SPR的傳感器但比傳統的SPR傳感器具有更高的靈敏度，且同樣具有檢測過程快捷、能夠獲得實時數據、操作方便、無須標記的優點。現有基于fano共振的傳感器，通過棱鏡表面鍍有銀膜，通過P偏振光在銀膜/棱鏡界面上的發生fano共振，通過待測物質對界面的fano共振影響，進行濃度檢測。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種能夠進一步提高液體濃度測定靈敏度的裝置。

上述目的，本發明提供了一種用于fano共振的耦合裝置，該耦合裝置采用鍍有金屬膜的棱鏡，棱鏡上鍍有的金屬膜從內至外依次為Ag膜、Al₂O₃膜、SiO₂膜和ZrO₂膜。

Ag膜的厚度為0.04nm；Al₂O₃膜的厚度為0.01nm；SiO₂膜的厚度為0.8nm；ZrO₂膜的厚度為0.12nm。

棱鏡采用SF11棱鏡，呈等邊三棱柱，邊長為3cm。

本發明還提供了上述耦合裝置在制備液體傳感器上的應用，該傳感器包括：

激光發射裝置，產生P偏振光，分成兩束射出；

耦合平臺，放置所述液體進樣裝置；

液體進樣裝置，內置所述耦合裝置；其中一束P偏振光進入進樣裝置，經耦合裝置產生fano共振，發出反射光信號；

信號采集和處理裝置，分別接收另一束P偏振光和經耦合裝置的反射光，轉換成電信號后進行分析處理。

上述激光發射裝置包括激光器、擴束鏡、偏振片、半波片、分束鏡；激光器發射激光依次經擴束鏡、偏振片、半波片和分束鏡形成兩束P偏振光，分別進入信號采集和處理裝置、耦合平臺。

其中，激光器采用632.8nm的 He-Ne激光器；擴束鏡采用GBE10-A；偏振片采用LPVISB05；半波片采用WPH10E-633；分束鏡采用BSN04。

耦合平臺包括轉動平臺R1、轉動平臺R2；信號采集和處理裝置包括控制裝置和兩組信號采集裝置；每組信號采集裝置分別包括會聚鏡、光電探測器和AD采集卡；入射的光信號依次通過會聚鏡、光電探測器進入AD采集卡；轉動平臺R1上放置進樣裝置；轉動平臺R2上放置其中一組信號采集裝置；控制裝置分別與各組信號采集裝置中的AD采集卡相連。

轉動平臺R1、轉動平臺R2的轉軸位于同一直線上；；轉動平臺R2設置在轉動平臺R1上方；轉動平臺R1向外延伸設有轉臂；其中一組信號采集裝置設置在轉動平臺R1的轉臂上。

耦合平臺還包括平臺支架；平臺支架包括主支架和垂直于主支架上下平行設置的兩層臺階面；轉動平臺R2、轉動平臺R1為電動轉盤，依次設于上、下兩層臺階面處，且轉軸位于同一直線上；所述控制裝置通過電機控制器分別與兩個轉動平臺相連。

液體進樣裝置采用樣品池。

本發明相比現有技術具有以下優點：

本發明耦合裝置采用表面等離子體結構Ag/Al₂O₃作為界面，為表面等離子體波存在提供條件，同時利用波導結構SiO₂膜產生波導；Al₂O₃使Ag膜層和SiO₂膜層容易粘附并且增強共振效應；并增加ZrO₂膜進一步增強共振效應。使得耦合裝置整體對液體濃度的變化更加靈敏。

本發明利用耦合裝置制備得到的液體傳感器，基于fano共振，精度高，采集速度快，時間分辨率高，同時裝置結構緊湊、易于控制和調節，穩定性高。本發明液體傳感器具有很高的靈敏度，靈敏度可達22°/RIU。

附圖說明