一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，包括多个侧面相互连接的单元结构，单元结构包括介质层和分别设于介质层上下表面且关于介质层对称的两个金属层，介质层包括介质膜和金属膜，介质膜偏离中心的位置设有通孔，金属膜填充于通孔内且与两个金属层相接触。本发明专利技术提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，将金属膜设于介质膜偏离中心的通孔内，使其电偶极子增强，与超表面结构中的磁偶极子相互作用，产生法诺共振，使得传感器应用于具有法诺共振的超表面结构时，对周围背景折射率进行探测时具有较高的灵敏度，且制备工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器
本专利技术涉及传感器领域，尤其涉及一种法诺共振M(金属)H(夹有金属的介质)M(金属)超表面高灵敏度背景折射率传感器。
技术介绍
明模和暗模之间的干涉在光谱上表现出非对称线形的现象叫法诺共振。法诺共振一直是人们在纳米光子学领域感兴趣的方向，在许多纳米光子平台如光子晶体、等离子和超材料等都已经实现。法诺共振可以显著地改善表面等离激元共振由于尺寸增加而引起的局域场强增大受限的问题，激发出异常强的电磁场，提高功能器件的性能，在探测周围物质的折射率时会很灵敏，因而被广泛应用于生物化学相关领域，如环境监测、疾病监控等。随着微纳工艺的发展，对于超材料的法诺共振的研究逐渐增多，现有的折射率传感器的几何结构相对复杂，制备工艺困难，而且传感灵敏度不高。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，以解决现有折射率传感器制备工艺困难，传感灵敏度不高的问题。本专利技术的目的采用如下技术方案实现：一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，包括多个侧面相互连接的单元结构，所述单元结构包括介质层和分别设于所述介质层上下表面且关于所述介质层对称的两个金属层，所述介质层包括介质膜和金属膜，所述介质膜偏离中心的位置设有通孔，所述金属膜填充于所述通孔内且与两个所述金属层相接触。进一步地，所述金属层的材质为金或银。进一步地，所述金属层的厚度为60～80纳米。进一步地，所述金属层的横截面形状为方形。进一步地，所述金属层的横截面形状为正方形，所述金属层横截面的边长为2.2～3.4微米。进一步地，所述通孔的中心偏离所述介质膜的中心的距离为0.1～0.14微米。进一步地，所述金属膜的横截面为正方形，所述金属膜的横截面的边长为0.2～0.24微米。进一步地，所述介质层的厚度为130～170纳米。进一步地，所述介质膜的折射率为1.6～2.8。进一步地，所述单元结构沿所述介质层的侧面呈若干行和若干列分布。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：由多个单元结构相互连接形成周期，单元结构包括介质层和设于介质层上下表面且关于介质层对称的两个金属层，结构简单，制备工艺简单，介质层包括介质膜和金属膜，将金属膜设于介质膜偏离中心的通孔内，使其电偶极子增强，与超表面结构中的磁偶极子相互作用，产生法诺共振，使得传感器应用于具有法诺共振的超表面结构时，对周围背景折射率进行探测时具有较高的灵敏度。附图说明图1为本专利技术实施例提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的示意图；图2为本专利技术实施例提供的单元结构的横截面示意图；图3为本专利技术实施例提供的单元结构的纵向截面示意图；图4为本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器在不同相位差时的吸收谱图；图5为本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的电场分布图；图6为本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器在不同背景折射率时的吸收谱图；图7为本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的背景材料折射率与法诺共振峰波长的对应关系图；图8为本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器在不同背景折射率时的吸收谱图；图9为本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的背景材料折射率与法诺共振峰波长的对应关系图；图10为本专利技术实施例二提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的不同背景折射率对应的吸收谱图；图11为本专利技术实施例二提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的背景材料折射率与法诺共振峰波长的对应关系图；图12为本专利技术实施例三提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的不同背景折射率对应的吸收谱图；图13为本专利技术实施例三提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的背景材料折射率与法诺共振峰波长的对应关系图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。如图1～3所示，本专利技术实施例提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，包括多个侧面相互连接的单元结构1，单元结构1包括介质层11和分别设于介质层11上下表面且关于介质层11对称的两个金属层12，介质层11包括介质膜111和金属膜112，介质膜112偏离中心的位置设有通孔113，金属膜112填充于通孔113内且与两个金属层12相接触。在介质膜111偏离中心的位置设置通孔113，金属膜112填充在通孔113内，使其电偶极子增强，与超表面结构中的磁偶极子相互作用，产生法诺共振，使得传感器应用于具有法诺共振的超表面结构时，对周围背景折射率进行探测时具有较高的灵敏度，且结构简单，制备工艺简单。作为优选的实施方式，金属层12的材质为金或银，金属膜112的材质可以与金属层12的材质相同，金属层12的厚度为60～80纳米，金属层12的横截面形状为方形，制备工艺简单。作为优选的实施方式，金属层12的横截面形状为正方形，该所述正方形的边长为2.2～3.4微米，提高传感器的灵敏度。作为优选的实施方式，通孔113的中心偏离介质膜111的中心的距离为0.1～0.14微米，即金属膜112的中心偏离介质膜111的中心的距离为0.1～0.14微米，金属膜112的横截面为正方形，金属膜112的横截面的边长为0.2～0.24微米，进一步提高法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器对周围背景折射率进行探测时的灵敏度。作为优选的实施方式，介质层的厚度为130～170纳米，介质膜的折射率为1.6～2.8，介质膜111的材质为ZnS、Al2O3或ZnTe。作为优选的实施方式，单元结构1沿介质层11的侧面呈若干行和若干列分布，单元结构1的截面为正方形，一个单元结构1为一个周期，一个周期的长度为3～5微米。下面，以本专利技术提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器的具体应用中的实验数据来说明本专利技术的有益效果。本专利技术实施例一提供的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，单元结构1的周期长度为3微米，金属层12横截面的边长为2.2微米，金属膜112的横截面的边长为0.2微米，金属层12的厚度为60纳米，介质层厚度为130纳米，金属膜112的中心偏离介质膜111的中心的距离为0.1微米，两束对向传输的相干横磁波(TM波)穿过该法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，调节两束TM波的相位差，通过探测两侧的电磁波能量，可以得到的传感器的吸收谱图。如图4所示，为两束TM波的相位差分别为0°、20°、40°、60°、80°时的吸收谱图，可以看出，随着相位差的改变，吸收谱的峰值明显移动，即通过调节相位差可以灵活调谐法诺共振。如图5所示，当相位差为0°时，传感器在工作波长为11.22微米的电场分布图，可看出在单元间隙处具有很强的电场增强特性，由于其电场的热点存在于单元周围而不是介质区域，所以在折射率传感上有优势。如图6所示，为相位差为0时，背景材料折射率为1.97～2.02时对应的传感器的吸收谱图，根据法诺共振峰的波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，其特征在于，包括多个侧面相互连接的单元结构，所述单元结构包括介质层和分别设于所述介质层上下表面且关于所述介质层对称的两个金属层，所述介质层包括介质膜和金属膜，所述介质膜偏离中心的位置设有通孔，所述金属膜填充于所述通孔内且与两个所述金属层相接触。

【技术特征摘要】
1.一种法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，其特征在于，包括多个侧面相互连接的单元结构，所述单元结构包括介质层和分别设于所述介质层上下表面且关于所述介质层对称的两个金属层，所述介质层包括介质膜和金属膜，所述介质膜偏离中心的位置设有通孔，所述金属膜填充于所述通孔内且与两个所述金属层相接触。2.根据权利要求1所述的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，其特征在于，所述金属层的材质为金或银。3.根据权利要求1所述的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，其特征在于，所述金属层的厚度为60～80纳米。4.根据权利要求1所述的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，其特征在于，所述金属层的横截面形状为方形。5.根据权利要求4所述的法诺共振MHM超表面高灵敏度背景折射率传感器，其特征在于，所述金属层的横截面形状为...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳征标，梁丽容，尹嘉峻，凡俊兴，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44