一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底制造技术

本实用新型专利技术公开了一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，其特征在于，包括：周期型椭圆金纳米颗粒阵列以及平面光波导基底；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列置于平面光波导基底上；在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列的沿y方向的周期Py控制共振波长的位置。该传感器基底，通过微纳结构的复合减小了传感器基底体积，易于微型化，同时传感器基底能够产生多个共振峰，在一定波长范围内能够实现多波段检测，通过改变波导层厚度可以控制共振峰的数目以及改变金属阵列的周期来调节共振波长的位置。

A surface plasmon resonance sensor substrate with adjustable formant

The utility model discloses a surface plasmon resonance sensor based on a resonant peak, which consists of a periodic elliptical gold nanoparticle array and a planar optical waveguide base. The periodic elliptical gold nanoparticles array is placed on the substrate of a planar optical waveguide; in the visible light range, the incident light is from the week. The phase of the phase elliptical gold nanoparticle array is vertically incident, the polarization direction of the incident light is along the direction of the X axis, and the number of the resonant peaks is controlled by adjusting the thickness of the waveguide layer of the substrate of the planar optical waveguide. The position of the resonant wavelength is controlled by adjusting the periodic Py of the periodic elliptical gold nanoparticles array along the Y direction. The base of the sensor reduces the base volume of the sensor and is easy to miniaturize the sensor base. At the same time, the sensor base can produce multiple resonance peaks, and can realize multi band detection in a certain wavelength range. By changing the thickness of the waveguide layer, the number of resonance peaks can be controlled and the period of metal array can be changed. Adjust the position of the resonant wavelength.

【技术实现步骤摘要】
一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底
本技术涉及表面等离子体光学传感领域，尤其涉及一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底。
技术介绍
当特定波长的光入射时，贵金属纳米粒子表面的电子与入射光子在纳米粒子表面的局部区域发生强烈的共振，这一现象被称为局域表面等离子体共振。金属纳米颗粒周围的电场明显增强，对周围环境介质的折射率变化非常敏感。基于该效应的光学传感器有着免标记、灵敏度高，传感性能好，在生物、化学及传感领域受到了广泛应用。传统的SPR传感器基底主要使用平面金膜结构，其物理机制是传导型SPR(propagatingsurfaceplasmonresonance，PSPR)。作为一种平面均匀结构，金属膜通常工作在单共振峰模式。由于SPR传感器的应用环境越来越复杂，单个共振峰易受到其它因素的干扰，往往要求基底敏感元件能在多共振峰模式下工作，更好的适用于多波段、多通道的传感检测环境。鉴于此，有必要对现有技术进行改进以适用于多波段、多通道的传感检测环境。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，通过微纳结构的复合减小了传感器基底体积，易于微型化，同时传感器基底能够产生多个共振峰，在一定波长范围内能够实现多波段检测，通过改变波导层厚度可以控制共振峰的数目以及改变金属阵列的周期来调节共振波长的位置。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，包括：周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)以及平面光波导基底(2)；所述平面光波导基底(2)包括紧密设置的波导层与衬底层；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)置于平面光波导基底(2)的波导层上；在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底(2)的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的沿y方向的周期Py控制共振波长的位置。可选的，所述平面光波导基底(2)的波导层折射率nh＝1.46；衬底层厚度s＝100nm，折射率ns＝1.3；覆盖层为空气层，其折射率nc＝1。可选的，所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的高度Lz＝30nm，周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的长轴和短轴分别为Lx＝140nm和Ly＝40nm，椭圆金纳米颗粒的介电常数采用Drude模型。可选的，所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)沿x方向的周期和y方向的周期分别为Px＝200nm和Py＝500nm。可选的，传感器基底结构上下边界条件取完全匹配层，在x和y方向取周期性边界条件。由上述本技术提供的技术方案可以看出，通过改变波导层厚度可以控制共振峰的数目以及改变金属阵列的Py周期来调节共振波长的位置，满足多波段、多通道的传感检测要求。复合结构所产生的透射峰半高全宽(FWHM)很窄，透射峰尖锐，传感器的性能指标灵敏度和品质因数均满足传感检测要求，故设计的结构能够产生尖锐的透射峰，提高传感检测的灵敏度和品质因数。且本技术采用的是周期型纳米颗粒阵列结构可以减小传感器基底结构的体积，易于集成化，符合表面等离子体共振传感器的设计要求。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本技术实施例提供的一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底的结构示意图；图2为本技术实施例提供的透射谱随金纳米颗粒长短轴之比的变化曲线；图3为本技术实施例提供的透射谱和金属颗粒的消光谱；图4为本技术实施例提供的电场分布示意图；图5为本技术实施例提供的不同波导层厚度时的透射谱；图6为本技术实施例提供的当波导层厚度为100nm时的折射率传感特性曲线。图7为本技术实施例提供的当波导层厚度为300nm时的折射率传感特性曲线。图8为本技术实施例提供的当波导层厚度为500nm时的折射率传感特性曲线。图9为本技术实施例提供的当波导层厚度为700nm时的折射率传感特性曲线。图10为本技术实施例提供的不同波导层厚度时透射谱随阵列周期的变化曲线。图11为本技术实施例提供的波导层厚度为100nm时共振波长位置处于最小和最大波长处的折射率特性曲线。图12为本技术实施例提供的波导层厚度为300nm时共振波长位置处于最小和最大波长处的折射率特性曲线。图13为本技术实施例提供的波导层厚度为500nm时共振波长位置处于最小和最大波长处的折射率特性曲线。图14为本技术实施例提供的波导层厚度为700nm时共振波长位置处于最小和最大波长处的折射率特性曲线。具体实施方式下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术的保护范围。本技术实施例提供一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，其采用了周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)与平面光波导基底(2)相结合的复合结构；如图1所示，所述平面光波导基底(2)包括紧密设置的波导层与衬底层；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)置于平面光波导基底(2)的波导层上。在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底(2)的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的沿y方向的周期Py控制共振波长的位置。优选的，所述平面光波导基底(2)的波导层折射率nh＝1.46；衬底层厚度s＝100nm，折射率ns＝1.3；该平面光波导基底(2)直接置于空气中，则覆盖层为空气层，其折射率nc＝1。优选的，所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的高度Lz＝30nm，周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的长轴和短轴分别为Lx＝140nm和Ly＝40nm，椭圆金纳米颗粒的介电常数采用Drude模型。优选的，所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)沿x方向的周期和y方向的周期分别为Px＝200nm和Py＝500nm。优选的，传感器基底结构上下边界条件取完全匹配层，在x和y方向取周期性边界条件。为了说明上述结构的效果，下面结合附图对本技术进一步说明。为了确定最佳的椭圆颗粒长短轴之比，保持椭圆颗粒长轴Lx＝140nm不变，改变短轴长度，使得长短轴之比分别为7:1、7:2、7:3、7:4和7:5，计算得到透射谱如图2所示。从图中对比可以得到当椭圆颗粒长短轴之比为7:2时，透射谷曲线最陡峭，半峰宽度最窄，符合传感检测要求，所以选取椭圆颗粒大小为长轴Lx＝140nm，Ly＝40nm。选取阵列周期Px＝200nm，Py＝500nm，波导层厚度h＝300nm，其他参数保持不变。得到的透射谱如图3所示。可以看出透射谱上产生了三个透射谷，m＝1和m＝0两个透射谷分别对应波导层中传输的一阶导模和基模。第三个透射峰m＝0*产生的原因是由于Px&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，其特征在于，包括：周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)以及平面光波导基底(2)；所述平面光波导基底(2)包括紧密设置的波导层与衬底层；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)置于平面光波导基底(2)的波导层上；在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底(2)的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的沿y方向的周期Py控制共振波长的位置。

【技术特征摘要】
1.一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，其特征在于，包括：周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)以及平面光波导基底(2)；所述平面光波导基底(2)包括紧密设置的波导层与衬底层；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)置于平面光波导基底(2)的波导层上；在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底(2)的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的沿y方向的周期Py控制共振波长的位置。2.根据权利要求1所述的一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，其特征在于，所述平面光波导基底(2)的波导层折射率nh＝1.46；衬底层厚度s＝100nm，折射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑜，吴杨生，裴霄翔，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34