[實用新型]一種由石墨烯修正的高靈敏度表面等離子諧振腔傳感器

有效

• 申請號: 201820810032.1
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN208206334U
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 徐政杰;朱君;傅得立
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

本實用新型公開了.一種由石墨烯修正的高靈敏度表面等離子諧振腔傳感器，其特征是，包括自下而上疊接的基底層和金屬層，所述金屬層中設有貫通金屬層上下表面的諧振腔，諧振腔的周邊對稱設有凹陷的第一直波導和凹陷的第二直波導，第一直波導和第二直波導的底部均設有單層石墨烯與基底層緊密疊接。這種表面等離子傳感器不僅體積小、響應快、而且制備過程簡單，同時具備靈敏度、Q值高的特點，能實現生物、醫學檢測領域的納米級傳感。

技術領域

本實用新型涉及光通信技術及傳感領域，具體是一種由石墨烯修正的高靈敏度表面等離子諧振腔傳感器。

背景技術

表面等離子體激元（Surface plasmon polariton，簡稱SPP）是通過改變金屬表面的亞波長結構實現的一種光波與可遷移的表面電荷之間電磁模，可以支持金屬與介質界面傳輸的表面等離子波。基于SPP的器件具有尺寸小、響應快、且不受衍射極限的限制，這種獨特的性質，使其在納米量級操縱光能量、高靈敏度傳感器、高響應且抗磁干擾等領域發揮著至關重要的作用。

《納米·快報》在2010年刊載了“Planar Metamaterial Analogue ofElectromagnetically Induced Transparency for Plasmonic Sensing”一文，該研究團隊提出的傳感器靈敏度可達 588 nmRIU^-1。隨后，在2016年，《ACS 納米》中“HybridMagnetoplasmonic Crystals Boost the Performance of Nanohole Arrays asPlasmonic Sensors”一文中提到可實現把傳感器的靈敏度提升至659 nmRIU^-1。近日，隨著表面等離子傳感器的不斷發展，在《光學快報》2018年刊載的“Magnetic plasmons in asimple metallic nanogroove array for refractive index sensing”一文中，研究人員提出了一種靈敏度高達1200 nmRIU^-1的傳感器。

然而，就目前情況看，盡管研究人員對傳感器的靈敏度進行不斷地提升，但是傳感器的靈敏度仍然較低，同時傳感器的制備方法過于復雜，并且填充傳感介質十分困難，難于滿足大規模生產的要求。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，而提供一種由石墨烯修正的高靈敏度表面等離子諧振腔傳感器。這種表面等離子傳感器不僅體積小、響應快、而且制備過程簡單，同時具備靈敏度、Q值高的特點，能實現生物、醫學檢測領域的納米級傳感。

實現本實用新型目的的技術方案是：

一種由石墨烯修正的高靈敏度表面等離子諧振腔傳感器，與現有技術不同的是，包括自下而上疊接的基底層和金屬層，所述金屬層中設有貫通金屬層上下表面的諧振腔，諧振腔的周邊對稱設有凹陷的第一直波導和凹陷的第二直波導，第一直波導和第二直波導的底部均設有單層石墨烯與基底層緊密疊接。

所述諧振腔中的溫度傳感介質為具有高熱光系數的液體材料，諧振腔的長、寬尺寸可調，諧振波長及透射率通過調節諧振腔的長、寬尺寸來進行相應的定量調節，從而達到光學濾波的性能。

所述石墨烯的費米能級和載流子濃度可調，通過改變直波導中石墨烯的費米能級和載流子濃度來實現傳感器的諧振波長，從而實現傳感器的多波長工作的應用。

所述基底層為Si層。

所述金屬層為Ag層。

這種傳感器通過氣相沉積法在硅基底層上沉積金屬層，隨后，通過刻蝕的方法在金屬層中刻蝕出諧振腔、對稱設置第一直波導和第二直波導，最后，在第一直波導和第二直波導的底部生長單層石墨烯與基底層緊密疊接。

入射光從第一直波導或第二直波導一側入射，出射光從第一直波導或第二直波導的另一側射出，入射光采用近紅外波段的光波。