[發明專利]一種基于加齒直角三角形諧振腔的多Fano共振納米折射率傳感器

在審

• 申請號: 202110031307.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112858220A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 余世林;趙同剛;辛光雨;余健國
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明揭示了一種基于加齒直角三角形諧振腔的多Fano納米折射率傳感器，該傳感器包括波導中心被金屬擋板隔開的金屬?絕緣體?金屬波導，波導中心正上方放置的一個加齒直角三角形諧振腔，三個齒形腔與三角形腔相連且在x方向和y方向間距均相等。連接齒形腔的高為a，寬為w，直角三角形腔的兩直角邊分別為s和h，且與波導耦合距離為g，波導寬度為w，擋板寬度為d。光波進入波導傳播形成表面等離激元，共振腔內模式相互耦合在結構透射譜圖中形成三個fano共振。金屬?絕緣體?金屬波導結構對周圍介質非常敏感，當填充介質折射率發生改變時，結構有效折射率發生改變從而使fano共振峰發生偏移，該結構可用于多fano共振折射率傳感器中。

技術領域

本發明是一種基于加齒直角三角形諧振腔的多Fano共振納米折射率傳感器，主要涉及表面等離子體納米傳感器技術領域。

背景技術

隨著納米加工技術及光電集成產業的發展，納米量級光學器件的研究設計已經成為一個非常重要的研究方向。因此，發展體積更小、性能優越的新型納光子器件是當前國際前沿研究中的一個重要熱點課題。表面等離激元(SPPs)是在入射光波的激發下，金屬表面的自由電子發生集體震蕩，在共振激發下能夠形成極強的電場增強和局域效果。作為一門新興學科，等離激元學主要研究被限制在光波長量級(或小于光波長)的電磁場的問題，是納米光子學的主要組成部分。表面等離激元因為其能克服光的衍射極限，所以在設計金屬納米級光器件，實現高度集成光學電路方面具有較大優勢。尤其是基于SPPs的金屬-絕緣體- 金屬(MIM)納波導結構因為其有深亞波長領域限制和較低的彎曲損耗而被廣泛應用于高度集成的光子電路。大量基于MIM的金屬納米波導結構被用于濾波器，分離器，傳感器和波分復用器等方面。

Fano共振不同于洛倫茲線性，是一種尖銳的不對稱線型，他們起源于獨立態和連續帶之間的相互干涉耦合。在MIM波導結構中通過刻蝕納米結構共振腔可以有效地改變結構的有效折射率，由于納米結構共振器與波導之間或者納米結構共振器自身模式的耦合可以在結構透射譜中誘導產生Fano共振。Fano共振尖銳的不對稱線性以及MIM波導結構對周圍介質條件極其敏感的特性，可以將提出的結構應用于折射率傳感器。相比于單Fano共振的MIM波導結構，多個Fano共振可以提供多檢測點保證結果的準確性。因此，在MIM波導結構中誘導多Fano共振并將其應用到折射率傳感器中已經成為當前研究的一個熱點。

發明內容

本發明的目的是為解決現有問題，提出了一種基于加齒直角三角形諧振腔的多Fano共振納米折射率傳感器。

為達到此目的，本發明將以下述技術方案來實現：一種基于加齒直角三角形諧振腔的多Fano納米折射率傳感器，該傳感器包括波導中心被金屬擋板隔開的金屬-絕緣體-金屬波導，波導中心正上方放置的一個加齒直角三角形諧振腔，三個齒形腔與三角形腔相連且在x方向和y方向間距均相等。連接齒形腔的高為a，寬為w，直角三角形腔的兩直角邊分別為s和h，且與波導耦合距離為g，波導寬度為w，擋板寬度為d。光波進入波導傳播形成表面等離激元，共振腔內模式相互耦合在結構透射譜圖中形成三個fano共振。

進一步地，結構中使用的所有貴金屬材料均為銀。

進一步地，加齒直角三角形諧振腔和波導內部填充有氣體待檢測介質，所述待測介質的折射率為n。

本發明技術主要表現優勢在于：

(1)Fano共振具有尖銳的不對稱線性，同時金屬-絕緣體-金屬波導結構對周圍介質

條件極其敏感，通過改變填充的周圍介質的折射率，Fano共振的共振峰會發生偏移從而可以用作折射率傳感器。

(2)該結構可以誘導三個Fano共振，可以提供多個檢測點。本發明是一種高靈敏度的傳感器件，可以在化學、醫療、集成光學等領域發揮重要作用。

附圖說明

圖1為本發明一種基于加齒直角三角形諧振腔的多Fano共振納米折射率傳感器結構的俯視圖。