基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，包括金属薄膜以及开设在金属薄膜上的周期矩形狭缝阵列结构，单个周期矩形狭缝阵列结构为在金属薄膜中心处开设一个纵向矩形狭缝，在矩形狭缝一侧的上下端面处分别开设一个横向矩形狭缝，横向与纵向矩形狭缝的上下界面相互平齐，矩形狭缝宽度相等相互连通并贯穿金属膜上下表面形成统一的整体狭缝结构。本发明专利技术的传感器结构在近红外频段内具有高品质因数高透射率的双透射峰特性，并且通过修改相关结构参数可以达到调整双透射峰频谱位置与双透射峰间频谱间距的目的，从而可以实现利用率高、适用范围广、检测精度高、易于加工的等离子光纤传感器。

Metal rectangular slit array structure plasma fiber sensor based on double transmission peak

The invention discloses a double peaks metal rectangular slit array structure of optical fiber sensor based on plasma, including metal film and the opening of periodic rectangular slit arrays on metallic film, single cycle rectangular slit array structure for the creation of a vertical rectangular slit in the metal film at the center of the rectangular slit on one side of the lower end. Open a transverse rectangular slit, the horizontal and vertical rectangular slit on the interface between the flush, rectangular slit width equal to communicate with each other and the lower surface through the metal film formed on the overall structure of the slit uniform. Dual peak transmission characteristics of sensor structure of the invention has high quality factor and high transmittance in the near infrared band, and by modifying the structure parameters can adjust the dual peak transmission spectrum position and dual peak transmission spectrum space, which can achieve high plasma optical fiber sensor and wide application range, high precision, easy to process the utilization rate of.

【技术实现步骤摘要】
基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器
本专利技术涉及微纳光电子
，具体涉及一种基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器。
技术介绍
表面等离激元是在金属-电介质表面上存在的一种特殊的电磁波模式，是在入射光的激发下金属表面的自由电子发生集体振荡所产生的。这种特殊的电磁波沿着金属表面的方向传播，并在垂直于金属表面的方向上呈指数衰减，由于其独特的表面波特性，它能够将光波约束在空间尺寸远小于其自由空间波长的区域。光学异常透射特性表现为：当光入射到具有亚波长周期孔阵列的金属薄膜时，光的透射效率得到了极大的增强，突破了传统孔径衍射理论的限制。自1998年Ebbesen等人阐述这种EOT现象以来，关于此方面的研究得到了广泛的关注，并在许多方面显现出极其广阔的应用前景，比如生物传感、光学滤波器、纳米光刻、新型光源和光学存储等，并由此产生了一些与表面等离子激元相关的光学器件。研究发现通过改变孔阵列结构的周期、金膜厚度、孔的形状、金属材料、光入射角度等参数，可以有效调节透射峰的位置，以及透射率的大小。随着科技的不断发展，传感器在生物、化学、医疗、食品等领域有着广泛的应用。但传统的传感器由于受体积、稳定性及精确度等性能的限制，不能很好的满足实际需求，而基于光纤的等离子光学传感器因其体积小、功耗低、可靠性高、易于集成等一系列的优点，引起了越来越多人的关注。但现有基于光纤的等离子光学传感器一般只有一个单透射峰，这就导致其应用范围有限以及测量精度不高等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有基于光纤的等离子光学传感器只有一个单透射峰，而导致其应用范围有限以及测量精度不高的问题，提供一种基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，包括光纤以及设置在光纤端面上的传感体，所述传感体由金属膜和多个狭缝结构单元组成；这些狭缝结构单元贯通开设在金属膜上，并在金属膜上呈周期性排布；待测介质填充在狭缝结构单元内；每个狭缝结构单元均由贯通金属膜上下表面的上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝组成；上方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的上端相连通；下方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的下端相连通；上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝位于纵向矩形狭缝的同一侧；上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝平行，且均与纵向矩形狭缝垂直。上述方案中，所有狭缝结构单元均完全一致。上述方案中，上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝的宽度相等。上述方案中，上方横向矩形狭缝与下方横向矩形狭缝长度相等或不相等。上述方案中，所有狭缝结构单元在金属膜上呈矩阵式周期排布。上述方案中，金属膜的表面形状和尺寸与光纤的端面的形状和尺寸完全一致。上述方案中，金属膜的材料为金。上述方案中，金属膜的厚度范围为200nm～350nm。上述方案中，待测介质的折射率范围为1.0～1.6。与现有技术相比，本专利技术具体如下特点：1、通过多狭缝的相互耦合，本专利技术所提出的传感器具有高品质因数的双透射峰频谱，基于其双透射峰特性，根据双透射峰对不同折射率的敏感度不同，可使单个传感器测量不同折射率范围的介质，大大提高了传感器的测量范围，提高了传感器利用率。2、本专利技术基于其双透射峰特性，利用双透射峰对同一折射率的敏感性，可使双透射峰的传感结果进行相互弥补修正，进而减小误差，大大提高了检测精确度。3、在制作本专利技术的传感器时，可通过改变金属膜厚度、狭缝宽度、狭缝长度等参数，使传感器的透射峰频谱位置具有可选择性，进而可制作针对特定检测范围的传感器。附图说明图1为本专利技术的三维结构示意图。图2为本专利技术的1个狭缝结构单元的平面二维结构示意图。图3为本专利技术在上方横向狭缝长度变化时的透射率曲线图。图4为本专利技术在上方和下方横向狭缝长度同步变化时的透射率曲线图。图5为本专利技术在纵向狭缝长度变化时的透射率曲线图。图6为本专利技术在狭缝宽度变化时的透射率曲线图。图7为本专利技术在金属膜厚度变化时的透射率曲线图。图8为待测介质折射率与本专利技术的透射率曲线关系图。图中标号为：1、金属膜，2、上方横向狭缝，3、纵向狭缝，4、下方横向狭缝。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本专利技术的保护范围。一种基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，由光纤以及设在光纤端面的传感体组成。其中传感体如图1所示，由金属膜1和多个狭缝结构单元组成。本专利技术的生产方式是首先在光纤的端面上先镀金属膜1，然后在金属膜1上刻蚀出狭缝阵列结构。金属膜1的表面形状和尺寸与光纤的端面的形状和尺寸完全一致。金属膜1的厚度范围为200nm～350nm。金属膜1可以采用金属材料制成，如金、银、铜等金属材料制成，但为了能够获得更好的传感性能，本专利技术的金属膜1的材料为金。所有狭缝结构单元贯通开设在金属膜1上，并在金属膜1上呈周期性排布。所述狭缝结构单元在金属膜1上可以呈矩阵、环形或其他周期性排布方式，但在本实施例中，所有狭缝结构单元在金属膜1上呈矩阵式周期排布。狭缝结构单元的数量根据金属膜1(即光纤的端面)的尺寸和单个狭缝结构单元的周期大小确定，以狭缝结构单元尽可能地覆盖完金属膜1(即光纤的端面)为准。每个狭缝结构单元的形状相一致。每个狭缝结构单元均由上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝组成。上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝均贯通金属膜1的上下表面。上方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的上端相连通，且上方横向矩形狭缝的上界面与纵向狭缝3的上端面完全平齐。下方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的下端相连通，且下方横向矩形狭缝的下界面与纵向狭缝3的上端面完全平齐。上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝位于纵向矩形狭缝的同一侧。上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝平行，且均与纵向矩形狭缝垂直。每个狭缝结构单元的上方横向矩形狭缝、纵向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝依次相接，并连通成一个整体的倒U形狭缝。每个狭缝结构单元的尺寸相一致。每个狭缝结构单元的周期大小为边长P是500nm的正方形。为加工方便，每个狭缝结构单元的上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝的宽度d相等，其优选宽度d为30nm～90nm。纵向狭缝3的长度Lc范围为200nm～425nm。上方横向矩形狭缝的长度La与下方横向矩形狭缝的长度Lb的范围为0nm～150nm。每个狭缝结构单元的上方横向矩形狭缝的长度La与下方横向矩形狭缝的长度Lb相等或不相等。在本实施例中，上方横向矩形狭缝的长度La小于下方横向矩形狭缝的长度Lb。为适用于不同的使用环境以及检测范围，可以通过改变传感器的相关参数来调整单个透射峰的频谱位置以及双透射峰之间的频谱距离，本专利技术中传感器的主要工作频段为近红外频段，各参数的改变可以是单个参数的改变也可以是多个参数的共同改变，具体可调整参数包括：上方横向狭缝2长度La、下方横向狭缝4长度Lb、纵向狭缝3长度Lc、本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，包括光纤以及设置在光纤端面上的传感体，其特征在于：所述传感体由金属膜(1)和多个狭缝结构单元组成；这些狭缝结构单元贯通开设在金属膜(1)上，并在金属膜(1)上呈周期性排布；待测介质填充在狭缝结构单元内；每个狭缝结构单元均由贯通金属膜(1)上下表面的上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝组成；上方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的上端相连通；下方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的下端相连通；上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝位于纵向矩形狭缝的同一侧；上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝平行，且均与纵向矩形狭缝垂直。

【技术特征摘要】
1.基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，包括光纤以及设置在光纤端面上的传感体，其特征在于：所述传感体由金属膜(1)和多个狭缝结构单元组成；这些狭缝结构单元贯通开设在金属膜(1)上，并在金属膜(1)上呈周期性排布；待测介质填充在狭缝结构单元内；每个狭缝结构单元均由贯通金属膜(1)上下表面的上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形狭缝组成；上方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的上端相连通；下方横向矩形狭缝的一端与纵向矩形狭缝的下端相连通；上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝位于纵向矩形狭缝的同一侧；上方横向矩形狭缝和下方横向矩形狭缝平行，且均与纵向矩形狭缝垂直。2.根据权利要求1所述的基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，其特征在于：所有狭缝结构单元均完全一致。3.根据权利要求1或2所述的基于双透射峰的金属矩形狭缝阵列结构等离子光纤传感器，其特征在于：上方横向矩形狭缝、下方横向矩形狭缝和纵向矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖功利，韦清臣，杨宏艳，徐俊林，刘小刚，刘利，李海鸥，李琦，张法碧，蒋行国，傅涛，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45