[實用新型]嵌入式納米金陣列表面等離子共振傳感器基底

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720531943.6
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN207300884U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉瑜;孔令超;王軍;吳楊生;裴霄翔
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59;G01N21/01
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及表面等離子體光學傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種嵌入式納米金陣列表面等離子共振傳感器基底。

背景技術(shù)

表面等離子體共振(Surface plasmon resonance,SPR)是局域在金屬表面的自由電子被光波照射，在適當?shù)臈l件下發(fā)生集體振蕩的一種特殊物理現(xiàn)象。它可以產(chǎn)生很強的局域電場，對周圍環(huán)境介質(zhì)的折射率變化非常敏感，由此產(chǎn)生的表面等離子體共振技術(shù)已經(jīng)在高靈敏生物、化學傳感器領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的SPR傳感器基底主要使用棱鏡、光柵或波導耦合的金屬膜結(jié)構(gòu)，其物理機制是傳導型SPR(propagating surface plasmon resonance,PSPR)，作為一種平面均勻結(jié)構(gòu)，在工作頻率范圍內(nèi)通常是單共振峰模式，不能適用于多波段、多通道的傳感檢測環(huán)境且受溫度影響較大導致結(jié)構(gòu)體積過大無法小型化、集成化。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種嵌入式納米金陣列表面等離子共振傳感器基底，減小了傳感器基底的體積易于集成化，同時能在多共振峰模式工作，在一定波長范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)多波段檢測。本實用新型采用納米粒子的局域表面等離子體共振結(jié)構(gòu)，這種耦合結(jié)構(gòu)使得入射光與納米粒子相互作用更容易激發(fā)表面等離子體共振現(xiàn)象；同時，提高了傳感結(jié)構(gòu)的調(diào)諧性能，具有高靈敏度、高品質(zhì)因子、易集成的優(yōu)點。

本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種嵌入式納米金陣列表面等離子共振傳感器基底，包括：

二氧化硅介質(zhì)基底(2)以及嵌入二氧化硅介質(zhì)基底(2)的周期型菱形金納米顆粒陣列(1)；

在可見光范圍內(nèi)，入射光從周期型菱形金納米顆粒陣列(1)上方垂直入射，偏正方向沿x軸方向，通過調(diào)節(jié)二氧化硅介質(zhì)基底(2)的厚度與嵌入深度，周期型菱形金納米顆粒陣列(1)的菱形粒子的大小與周期型陣列周期，得到傳感器基底結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)。

周期型菱形金納米顆粒陣列(1)的嵌入深度為d＝100nm。

二氧化硅介質(zhì)基底(2)的厚度為h＝400nm，介電常數(shù)為1.45。

周期型菱形金納米顆粒陣列(1)的高度為L_z＝30nm，周期型菱形金納米顆粒陣列(1)的長軸和短軸分別為L_x＝100nm和L_y＝40nm，金的介電常數(shù)采用Drude模型。

周期型菱形金納米顆粒陣列(1)沿x方向的周期和y方向的周期分別為P_x＝200nm和P_y＝570nm。

傳感器基底結(jié)構(gòu)上下邊界條件取完全匹配層，在x和y方向取周期性邊界條件。

由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，通過將金納米顆粒嵌入二氧化硅襯底中，由于上下表面的介質(zhì)不再對稱，相當于在周期陣列上疊加了一個單層介質(zhì)光柵，對入射光產(chǎn)生調(diào)制，一定條件下將會引起導模共振來進行微調(diào)制，從而在一定波長范圍內(nèi)透射譜中出現(xiàn)了三個共振峰線型，滿足多波段，多通道的傳感檢測需求，但是導模共振形成的透射峰不夠尖銳，靈敏度及品質(zhì)因數(shù)達不到要求，故通過類Fano共振中寬帶模式和窄帶模式的耦合導致波譜分裂，進而使得共振峰變得尖銳，提高傳感檢測的靈敏度和品質(zhì)因數(shù)。且本實用新型采用的是周期型納米顆粒陣列結(jié)構(gòu)可以減小傳感器基底結(jié)構(gòu)的體積，易于集成化，符合表面等離子體共振傳感器的設(shè)計要求。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種嵌入式納米金陣列表面等離子共振傳感器基底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的透射譜隨金納米粒子長短軸之比的變化曲線；

圖3為本實用新型實施例提供的透射譜隨陣列周期的變化曲線；

圖4為本實用新型實施例提供的電廠分布示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的透射譜隨襯底折射率的變化曲線；

圖6為本實用新型實施例提供的襯底折射率的變化對應(yīng)的共振波長線性曲線。

具體實施方式