一种实现手性近场的T型波导结构及其手性检测方法技术

本发明专利技术涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，包括三个完全相同的直形波导和两个弯曲波导，直形波导由矩形凹槽构成，弯曲波导由ITO衬底上表面的弧形凹槽构成，两个弯曲波导的一端重合，并且互为镜像，三个直形波导分别与弯曲波导的三端相接，直形波导和一弯曲波导均位于同一平面，弯曲波导的弧度为四分之一圆弧。本发明专利技术提供了一种T型波导实现手性近场和检测分子手性的方法，为手性分子的手性识别简化了流程，节约了成本。并且，由于弯曲部分的分叉相反，产生的手性场也相反，可以根据结构的设计，确定手性场的手性，为实现不同手性近场的结构设计提供了新的思路。

A T-waveguide structure for realizing chiral near-field and its chiral detection method

【技术实现步骤摘要】
一种实现手性近场的T型波导结构及其手性检测方法
本专利技术属于微纳光学
，具体涉及一种实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法。
技术介绍
手性（Chirality）是生命有序化和组织化的基础，在自然界和生命体中扮演着重要的角色。对于地球上大部分生物而言，手性药物分子的构型不同往往具有不同的生理毒性和活性，因此对手性信号的检测及手性分子的识别和分离是生物制药、有机化学、高分子材料及药物化学等领域的研究重点和热点。光学上，具有手性的物质或结构通常会表现出非对称传输、圆二色性和圆偏振发光等特殊的光学活性。手性物质光学活性方面的研究有助于加深对自然界手性起源问题的认识；手性材料或手性结构方面的研究则在手性识别、手性物质探测、手性催化、手性光束调控等诸多领域具有重要的应用价值。因此基于表面等离激元手性响应的研究倍受研究者们的重视。但是传统的手性金属微纳结构，作为手性分子的手性检测，通常需要制备其手性结构和对映体结构，检测流程较多，极大的限制了手性的研究。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的识别手性分子需要制备多次手性结构，检测流程复杂的问题。本专利技术提供了实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，为手性分子的手性识别简化了流程，节约了成本。本专利技术T型波导结构只需要一个结构就可以实现手性分子的识别，通过在输入端输入一种表面等离激元模式，即有效折射率neff，在两个输出端口接收透射率的差值确定手性分子的手性。此T型波导在SPP传播的方向上产生很强的周期性排布的手性近场。输入端输入不同的输入模式，波导结构内部的手性近场排布的周期也会随之发生规律性改变，因此，可以通过调节输入端的输入模式，从而调控波导结构内部的手性近场分布。此检测手性场的方法简单，简化实验流程，实验便捷，节约成本。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种T型波导结构实现手性近场，包括ITO衬底、三个完全相同的直形波导和两个弯曲波导；所述直形波导由所述ITO衬底上表面的矩形凹槽构成；所述弯曲波导由所述ITO衬底上表面的弧形凹槽构成；所述凹槽的由贵金属壁组成；所述两个弯曲波导的一端重合，并且互为镜像；所述三个直形波导分别与弯曲波导的三端相接；所述直形波导和一弯曲波导均位于同一平面；所述弯曲波导的弧度为四分之一圆弧。进一步地，所述直形波导和所述弯曲波导的厚度均为800~1200nm；所述弯曲波导为弧形凹槽结构，所述直形波导为弧形凹槽结构；所述凹槽结构由凹槽和凹槽壁组成，所述凹槽内部中空，所述凹槽壁由贵金属组成；所述直形波导宽度为60nm~140nm；所述弯曲波导外径c1=380nm~420nm，内径c2=280nm~320nm。进一步地，所述波导结构具有三个端口，分别为第一端口、第二端口和第三端口，第一端口位于连接在两个弯曲波导重叠端的直线波导另一端，第二端口和第三端口分别位于另外两个直波导的一端所述第一端口为输入端，所述第二端口和第三端口为输出端；所述输入端的输入模式的有效折射率neff=1.7617-0.0132i。进一步地，一种实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，包括如下步骤：步骤1：将待测的生物分子溶液注入在所述波导结构弯曲部分的上表面；步骤2：在所述第一端口输入一个有效折射率neff；步骤3：在所述第二端口，检测并记录该状态下的透射率T1；步骤4：在所述第三端口，检测并记录该状态下的透射率T2；步骤5：根据两个透射率的差值确定分子的手性为左手性还是右手性。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1.本申请实施例提供了一种实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，为分子手性的识别简化实验流程，实验便捷，节约成本，并为分子的手性识别提供了新的方向。本专利技术T型波导结构只需要一个结构就可以实现手性分子的识别，通过在输入端输入一种表面等离激元模式，即有效折射率neff，在两个输出端口接收透射率的差值确定手性分子的手性。本专利技术简化了传统的手性结构实现分子手性识别的流程，不需要制备其对映体结构，本专利技术识别分子手性的方法简单，简化实验流程，实验便捷，节约成本。2.本申请实施例通过提供了一种实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，由于经过弯曲波导造成了腔内壁和外壁的SPP传播的不对称性，从而产生手性近场。由于弯曲部分的分叉相反，产生的手性场也相反，可以根据结构的设计，确定手性场的手性，为实现不同手性近场的结构设计提供了新的思路。3.本申请实施例通过提供了一种实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，当入射光照射到金属表面时会导致与SPPs波矢匹配的入射波部分转换为SPPs波进行传播，而本专利技术在电磁波在波导结构输入端口处可以直接耦合进入波导内形成SPPs传播模式，不会产生由于金属粗糙表面对电磁波产生衍射的影响。4.本申请实施例通过提供了实现手性近场的T型波导结构的手性检测方法，通过在波导结构的上表面注入手性分子检测其手性，从而避免了由于检测腔体窄小，生物分子不易注入的问题。附图说明图1是本专利技术T型波导结构示意图。图2是本专利技术T型波导结构的左手性和右手性近场分布示意图。图3是本专利技术T型波导结构沿着传播边界和竖直方向上手性近场的值大小分布。图4是本专利技术T波导结构竖直方向上手性近场的值大小分布。图中：1、凹槽壁；2、矩形凹槽；21、第一端口；22、第二端口；23、第三端口；3、弯曲波导。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：如图1所示，一种T型波导结构实现手性近场，包括三个完全相同的直形波导和两个完全相同的弯曲波导；所述直形波导由矩形凹槽2构成；所述弯曲波导由所述ITO衬底上表面的弧形凹槽构成；所述两个弯曲波导3的一端重合，并且互为镜像；所述三个直形波导分别与弯曲波导的三端相接；所述直形波导和一弯曲波导均位于同一平面；所述弯曲波导的弧度为四分之一圆弧。具体而言：本实施例中的一种T型波导实现手性近场和检测分子手性的方法的波导结构为金属-介质-金属这个有缩写，简写为MIM。所述波导结构具有三个端口，分别为第一端口21、第二端口22和第三端口23，第一端口21位于连接在两个弯曲波导3重叠端的直线波导1另一端，第二端口22和第三端口23分别位于另外两个直波导的一端。所述第一端口21为输入端，所述第二端口22和第三端口23为输出端；所述输入端的输入模式的有效折射率neff=1.7617-0.0132i。本专利技术提供了一种T型波导实现手性近场，可以根据结构的设计，确定手性场的手性，为实现不同手性近场的结构设计提供了新的思路。如图2所示，本专利技术波导结构由于经过弯曲波导造成了腔内壁和外壁的SPP传播的不对称性，从而产生手性近场，其弯曲部分的分叉相反，产生的手性场也相反，如图3所示的手性近场值的大小，在圆弧处也相反，更加证明了在圆弧处会产生相反的手性近场。可以根据结构的设计，确定手性场的手性，为实现不同手性近场的结构设计提供了新的思路。本实施例T型波导结构只需要一个结构就可以实现手性分子的识别，通过在输入端输入一种表面等离激元模式，即有效折射率neff，在两个输出端口接收透射率的差值确定手性分子的手性。本专利技术简化了传统的手性结构实现分子手性识别的流程，不需要制备其对映体结构，本专利技术识别分子手性的方法简单，简化实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种T型波导结构实现手性近场，其特征在于，包括三个完全相同的直形波导和两个弯曲波导；所述直形波导由所述ITO衬底上表面的矩形凹槽构成；所述弯曲波导由所述ITO衬底上表面的弧形凹槽构成；所述两个弯曲波导的一端重合，并且互为镜像；所述三个直形波导分别与弯曲波导的三端相接；所述直形波导和一弯曲波导均位于同一平面；所述弯曲波导的弧度为四分之一圆弧。

【技术特征摘要】
1.一种T型波导结构实现手性近场，其特征在于，包括三个完全相同的直形波导和两个弯曲波导；所述直形波导由所述ITO衬底上表面的矩形凹槽构成；所述弯曲波导由所述ITO衬底上表面的弧形凹槽构成；所述两个弯曲波导的一端重合，并且互为镜像；所述三个直形波导分别与弯曲波导的三端相接；所述直形波导和一弯曲波导均位于同一平面；所述弯曲波导的弧度为四分之一圆弧。2.根据权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述直形波导和所述弯曲波导的厚度均为800~1200nm；所述弯曲波导为弧形凹槽结构，所述直形波导为弧形凹槽结构；所述凹槽结构由凹槽和凹槽壁组成，所述凹槽内部中空，所述凹槽壁由贵金属组成；所述直形波导宽度为60nm~140nm；所述弯曲波导外径c1=380nm~420nm，内径c2=280nm~320nm。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：白瑜，景志敏，李颖，张中月，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61