[發明專利]用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構

在審

• 申請號: 201810890770.6
• 申請日: 2018-08-07
• 公開（公告）號: CN108956574A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 呂昌貴;祁正青;朱成軍;鐘嫄;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明涉及一種用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構，該共振結構包括納米金屬圓盤陣列、光學透明介質薄膜層、金屬薄膜層，其中所述光學透明介質薄膜層位于納米金屬圓盤陣列及金屬薄膜層之間。本發明的共振結構具有多維度結構參數可調的優點，通過合理的選擇結構參數可以同時在兩個目標波長處實現具有較高增強因子的光場增強。該特性使該結構可以同時增強目標雙光子熒光物質的激發效率與發射效率，實現雙光子熒光強度的匹配增強。該共振結構的制備方法工藝簡便，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。

技術領域

本發明涉及一種金屬等離激元共振結構及其制備方法，特別涉及一種用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構。

技術背景

金屬表面等離子體波是一種物理光學現象，是光照射在金屬電介質界面上激發起金屬表面電子的集體振蕩。由于其檢測過程快捷、能夠獲得實時數據、操作方便、無須標記和可保持分子的生物活性等特點，基于金屬表面等離子共振原理的傳感器在生命科學和制藥領域獲得廣泛研究與應用，目前已逐漸滲透到化學、化工、材料、食品、環境和國防等研究領域，特別是在免疫檢測、環境監測、材料表面及界面的吸附性質和電化學聚合等方面得到了很好的應用。金屬表面等離子共振器件可以對結構附近的光場實現多個數量級的局域場增強，其可以實現對熒光信號的極大增強。因此基于表面等離子共振結構的拉曼散射與熒光標記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。

由于雙光子熒光的激發波長與發射波長相距較遠，一般可達到幾百納米，而表面等離激元的共振峰寬一般為一百納米左右，很難同時對樣品的激發波長與發射波長進行同時增強。目前，基于金屬表面等離激元共振原理，實現雙光子熒光激發與發射的同時增強主要通過非對稱結構的多個波長的共振以及超寬增強光譜特性來實現的，包括橢球、金屬棒以及多面體等不對稱結構，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，但是非對稱結構很難實現雙光子熒光激發與發射大跨度下的同時增強。

發明內容

發明目的：為克服現有技術的不足，本發明提供一種用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構，實現雙光子熒光激發與發射大跨度下的同時增強。

另一方面，本發明還提供上述用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構，該結構從下而上依次包括絕緣襯底、金屬薄膜、光學透明介質薄膜和納米金屬圓盤陣列，該納米金屬圓盤陣列按設計要求排列。

本發明的用于雙光子熒光增強的雙波長金屬Fano共振結構的制備方法包括如下步驟：

S1.在絕緣襯底上蒸鍍金屬薄膜；

S2.在金屬薄膜上蒸鍍光學透明介質膜；

S3.在光學透明介質膜上通過旋涂的方法涂覆一層有機薄膜；

S4.使用制備好的模板在有機薄膜上進行壓印，模刻出柱對稱圓盤陣列孔結構；

S5.在柱對稱圓盤陣列孔結構上蒸鍍金屬；

S6.蒸鍍完成后采用有機溶液清洗去除有機薄膜，保留下柱對稱納米金屬圓盤陣列。

其中：

所述絕緣襯底為玻璃襯底或石英襯底。

所述金屬膜為金膜或銀膜。

所述金屬薄膜的厚度大于100納米。

所述光學透明介質膜為SiO₂膜或MgF₂膜。

所述柱對稱金屬圓盤陣列中圓盤的直徑為納米量級。

有益效果：本發明與現有技術相比，其顯著效果為：