[發明專利]基于介質超表面偏振轉換的折射率傳感器

在審

• 申請號: 202210199620.7
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114624209A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 史金輝;秦春花;徐文霞;孫鉑添;李玉祥;關春穎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于介質超表面偏振轉換的折射率傳感器，所述折射率傳感器由中間介質層和兩層相同納米單元陣列構成，介質超表面的納米單元周期排列；每個介質超表面納米單元由介質方塊組成，與x軸或y軸均成45°，介質超表面對正入射的線偏振光和圓偏振光都能夠產生法諾共振，對周圍介質折射率極其敏感；本發明基于高折射率的介質超表面避免了金屬材料引起的歐姆損耗，具有損耗低的優勢，且有利于實現CMOS集成、大規模制備。所述介質超表面偏振轉換的折射率傳感器提供了一種低成本、易加工、可集成的折射率傳感器，在探測、生物醫藥、光學器件設計等領域應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于光學傳感技術領域，特別涉及一種基于介質超表面偏振轉換的折射率傳感器，主要應用于光學器件中。

背景技術

在生物傳感、環境監測等多種領域經常涉及到溫度、折射率、應力等各種參數的探測，而折射率傳感技術受到了科研人員的廣泛關注。折射率傳感器的敏感度可判斷該傳感器性能。折射率傳感器的敏感度被定義為單位折射率的共振波長或頻率變化，即：S＝Δλ(Δf)/Δn。先前折射率傳感器大部分是基于金屬的折射率傳感器。由于金屬材料的歐姆損耗，基于金屬的折射率傳感器諧振峰帶寬較寬，品質因數通常較低。基于金屬的折射率傳感器受限于體積大、成本高、不易集成等問題，折射率傳感器在降低損耗和提高敏感度還需要進一步研究。近年來，隨著人工設計諧振單元的超材料出現，折射率傳感器又增加了一種新的設計方案。超表面是超材料的二維形式，我們可以通過精密設計超表面的諧振單元，同樣實現折射率傳感。與傳統折射率傳感器相比，超表面傳感器具有靈敏度高、尺寸小、成本低和易集成的優勢。

基于超表面的折射率傳感器通常由于電磁諧振而產生諧振峰，當環境折射率改變時，諧振峰位置移動。基于介質超表面的折射率傳感器的原理大部分是米氏諧振和法諾諧振兩種。近年來，高折射率材料因損耗較小能夠實現高品質因子和局域諧振增強，也可與CMOS工藝兼容且制備成本低的獨特特性，被研究者廣泛用來實現折射率傳感。法諾諧振最大的特點是具有非對稱性的尖銳譜線，因此利用高折射率介質超表面實現折射率傳感時會形成極窄的線寬，極大的調制深度，極大的局域場增強，因此可以進一步的提高折射率傳感器的敏感度。