[發明專利]一種折疊式人工局域表面等離激元微波微流傳感器

在審

• 申請號: 202111286860.2
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114325117A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 徐昊;趙文生;王大偉;劉軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種折疊式人工局域表面等離激元微波微流傳感器，包括介質層、底部金屬地；介質層由上介質基板與下介質基板層疊而成，底部金屬地處于下介質層的下表面，上介質基板的上表面設置諧振環、環狀耦合結構及放大電路；上介質基板、下介質基板之間設置兩條微帶線；與諧振環每個金屬存根末端相對應的上介質基板、下介質基板、底部金屬地形成過孔，過孔的內壁設有金屬壁，此金屬壁與諧振環的相對應金屬存根末端相觸，并在金屬壁底部形成底部延長金屬存根，底部延長金屬存根與底部金屬地隔離。本發明設計能夠顯著減小諧振環尺寸和液體用量，能夠增強金屬表面的慢波效應，并進一步縮小諧振環尺寸。

技術領域

本發明屬于微波傳感器制造技術領域，特別涉及一種折疊式人工局域表面等離激元微波微流傳感器，用于液體介電常數檢測。

背景技術

微波諧振式傳感器不同于光學、機械或是其他的檢測手段，其具有便攜、即時、非接觸式、無標簽、可靠性佳等優點，在保證一定精確度的同時省去了昂貴的實驗室設備成本和大量的時間成本，現已廣泛應用于生物醫療、食品安全、環境污染監測等領域。

一般來說，高頻信號在各種微波材料中的傳播特性主要取決于材料的電磁參數，而材料的介電常數作為電磁特性中最重要的參數之一，卻無法被直接測量，只能通過轉化為其他可讀變量間接測量。而微波諧振器的諧振頻率會受放置于其表面樣本的微擾，可基于此來檢測樣本的介電常數。聚甲基二硅烷(PDSM)由于低成本、環保且易于定制，應用于介電常數檢測時能大大節省液體用量，同時保證測量準確性。

局域表面等離激元(Localized Surface Plasmons，LSPs)是電磁波與金屬表面自由電子相互作用形成的電子疏密波，在紅外和光波段，入射電磁波頻率在金屬等離頻率范圍內時，會引發金屬內傳導電子集體振蕩，導致電場的亞波長局域化，同時具有明顯的場增強，當放置樣品于金屬表面時，電場于與樣品的相互作用也因此提高，基于此原理設計傳感器能有效提高靈敏度。

然而，由于微波段電磁波無法有效穿透金屬，導致了局域表面等離激元無法自然形成。通過人工放置周期性的過孔或是封閉波紋結構，增加了電磁波與金屬的接觸面積，產生了類似于局域表面等離激元的物理現象，稱之為Spoof Localized Surface Plasmons(SLSP)。SLSP可看作是(LSP)在更低頻段的擴展，具有與其相似的色散關系和電磁表現。

SLSP作為局域性的電磁模式，不需要波矢匹配的激勵電磁波，可以通過簡單的饋電結構如微帶線進行激發，也可以通過人工表面等離激元極化(Spoof Surface PlasmonPolaritons)結構的傳輸線對其進行饋電以提高激勵效率，但用于激發的SSPP傳輸線長度往往會是SLSP諧振環的幾倍，占據了整體體積的大部分。因此，如何在保障性能的同時對器件進行小型化具有重要的意義。

品質因數是傳感器的重要性能參數，高品質因數的傳感器意味著高分辨率，使其能夠捕捉外界環境的細微變化。當傳感器上放置像水這樣的高電磁吸收樣品時，會引起較大的損耗，導致品質因數的下降，這是難以避免的。基于此，本發明添加了外部有源放大電路，對其性能進行補償。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明提出了一種四分之一模SLSP微流傳感器，其名稱是一種折疊式人工局域表面等離激元微波微流傳感器，旨在實現SLPS小型化傳感應用，同時加載外部放大電路對傳感器品質因數進行補償。本發明傳感器可用于液體介電常數檢測。

為達到上述目的，本發明按以下技術方案實現：