一种基于Fano共振的温度传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Fano共振的温度传感器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有互不不相通的第一谐振腔和第二谐振腔，其中，第一谐振腔为一个矩形腔与外形呈半圆形状的腔体合为一体的腔体，外形呈半圆形状的腔体位于矩形腔的中部，第二谐振腔为外形呈“T”形状的谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔中填充有感温介质。这种表面等离子传感器不仅体积小、响应快、制备过程简单、成本低，而且还能提高灵敏度和Q值、减少Fano共振谱线的半高全宽，从而实现生物、医学检测领域的纳米级传感。

A Temperature Sensor Based on Fano Resonance

【技术实现步骤摘要】
一种基于Fano共振的温度传感器
本专利技术涉及光通信技术及传感领域，具体是一种基于Fano共振的温度传感器。
技术介绍
Fano共振是由连续态能带（宽广辐射的亮模式）与离散态能级（狭窄非辐射的暗模式）相互干涉形成，其共振线型表现为明显的不对称性以及对结构参数和周围环境异常敏感。基于表面等离子激元（SPPs）的Fano共振在纳米结构上的传播突破了原有原子物理学和经典光学理论的限制，同时，其尖锐而非对称的消光光谱可以增大传感器的分辨率，在传感领域具有较大的潜在应用价值，得到了科研人员广泛关注。在SPP体系中发现的Fano共振效应在光开关、等离子体诱导透明、慢光、传感等方面均有广泛应用，其已成为纳米光子学研究的热点。《光学快报》2014年刊载的“Fanoresonancesinasingledefectnanocavitycoupledwithaplasmonicwaveguide”一文中，该研究团队提出的传感器灵敏度可达700nmRIU-1。随后，在2016年，《光子学报》的“Fanoresonancebasedonarectangularcavitycoupledwithasemi-circularcavity”一文中把灵敏度提升至750nmRIU-1。同年，在“Controllablefanoresonancebasedoncoupledsquaresplit-ringresonancecavity”一文中，提出了基于开口方环共振空腔，得到的灵敏度为nmRIU-1。然而，目前，尽管研究人员对灵敏度进行不断的提升，但是灵敏度仍然较低，同时传感器的制备方法过于复杂，并且填充传感介质十分困难，难于满足大规模生产的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于Fano共振的温度传感器。这种表面等离子传感器不仅体积小、响应快、制备过程简单、成本低，而且还能提高灵敏度和Q值、减少Fano共振谱线的半高全宽，从而实现生物、医学检测领域的纳米级传感。实现本专利技术目的的技术方案是：一种基于Fano共振的温度传感器，与现有技术不同的是，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有互不不相通的第一谐振腔和第二谐振腔，其中，第一谐振腔为一个矩形腔与外形呈半圆形状的腔体合为一体的腔体，外形呈半圆形状的腔体位于矩形腔的中部，第二谐振腔为外形呈“T”形状的谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔中填充有感温介质。所述基底层为二氧化硅。所述的金属层为银层。所述第一谐振腔和第二谐振腔的外形尺寸大小均可调。所述第一谐振腔和第二谐振腔的厚度与金属层的厚度相等。第一谐振腔和第二谐振腔中填充感温介质，感温介质为具有高热光系数的液体感温材料，如乙醇。这种温度传感器是采用气相沉积法在二氧化硅基底层上沉积金属层，随后，通过刻蚀的方法在金属层中刻蚀出第一谐振腔和第二谐振腔。入射光从第一谐振腔的一侧入射，从另一侧出射，入射光选用近红外波段光。近红外波段的入射光由第一谐振腔的一侧入射时，由于第一谐振腔两侧为金属Ag，所以SPPs可以被典型的金属-介质-金属结构激发，SPPs沿着第一谐振腔的一侧向另一侧传播，在满足MIM波导中支持的基本TM模式时，SPPs将进一步往第一谐振腔的另一侧传递，但是，当入射波长不满足基本TM模式时，SPPs则不被激发，光波截止于入射侧波导。本技术方案中，谐振波长及透射率可以通过调节第一谐振腔和第二谐振腔的外形尺寸大小来进行相应的定量调节，从而达到光学滤波的性能第一谐振腔和第二谐振腔中的感温介质可以是任意具有高热光系数的液体感温材料，由于液体感温材料的折射率与温度呈线性的关系，所以当环境温度的改变时，会导致感温材料的折射率改变，从而影响谐振条件。本技术方案中温度传感器可以得到谐振波长与温度呈现线性关系，即随着温度的增加，谐振波长会发生红移。在实际应用中，当第一谐振腔的外形尺寸固定时，由于环境温度的改变，会使得传感材料的折射率发生变化，进而影响谐振波长的变化，通过频谱仪测量谐振波长的移动量，然后可以精确的得到环境的温度变化量。这种传感器通过改变第一谐振腔和第二谐振腔的外形尺寸来改变传感器的谐振波长，从而实现该传感器的多波长工作的应用。SPPs具有响应快、体积小的特性，所以本技术方案中传感器可以用于纳米量级的实时温度传感等领域。这种表面等离子传感器不仅体积小、响应快、制备过程简单、成本低，而且还能提高灵敏度和Q值、减少Fano共振谱线的半高全宽，从而实现生物、医学检测领域的纳米级传感。附图说明图1为实施例的结构示意图。图中，1.基底层2.金属层3.第一谐振腔4.第二谐振腔。具体实施方式下面结合附图和实施例对本
技术实现思路
作进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。实施例：参照图1，一种基于Fano共振的温度传感器，包括自下而上顺序叠接的基底层1和金属层2，所述的金属层2中设有互不不相通的第一谐振腔3和第二谐振腔4，其中，第一谐振腔3为一个矩形腔与外形呈半圆形状的腔体合为一体的腔体，外形呈半圆形状的腔体位于矩形腔的中部，第二谐振腔4为外形呈“T”形状的谐振腔，第一谐振腔3和第二谐振腔4中填充有感温介质。所述基底层1为二氧化硅。所述的金属层2为银层。所述第一谐振腔3和第二谐振腔4的外形尺寸大小均可调。所述第一谐振腔3和第二谐振腔4的厚度与金属层2的厚度相等。第一谐振腔3和第二谐振腔4中填充感温介质，感温介质为具有高热光系数的液体感温材料，本例为乙醇。本例温度传感器是采用气相沉积法在二氧化硅基底层1上沉积金属层2，随后，通过刻蚀的方法在金属层2中刻蚀出第一谐振腔3和第二谐振腔4。入射光从第一谐振腔3的一侧入射，从另一侧出射，入射光选用近红外波段光。近红外波段的入射光由第一谐振腔3的一侧入射时，由于第一谐振腔3两侧为金属Ag，所以SPPs可以被典型的金属-介质-金属结构激发，SPPs沿着第一谐振腔3的一侧向另一侧传播，在满足MIM波导中支持的基本TM模式时，SPPs将进一步往第一谐振腔3的另一侧传递，但是，当入射波长不满足基本TM模式时，SPPs则不被激发，光波截止于入射侧波导。本例中，谐振波长及透射率可以通过调节第一谐振腔3和第二谐振腔4的外形尺寸大小来进行相应的定量调节，从而达到光学滤波的性能，第一谐振腔3和第二谐振腔4中的感温介质可以是任意具有高热光系数的液体感温材料，由于液体感温材料的折射率与温度呈线性的关系，所以当环境温度的改变时，会导致感温材料的折射率改变，从而影响谐振条件。本例中温度传感器可以得到谐振波长与温度呈现线性关系，即随着温度的增加，谐振波长会发生红移。在实际应用中，当第一谐振腔3和第二谐振腔4的外形尺寸固定时，由于环境温度的改变，会使得传感材料的折射率发生变化，进而影响谐振波长的变化，通过频谱仪测量谐振波长的移动量，然后可以精确的得到环境的温度变化量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Fano共振的温度传感器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有互不不相通的第一谐振腔和第二谐振腔，其中，第一谐振腔为一个矩形腔与外形呈半圆形状的腔体合为一体的腔体，外形呈半圆形状的腔体位于矩形腔的中部，第二谐振腔为外形呈“T”形状的谐振腔，第一谐振腔和第二谐振腔中填充有感温介质。

【技术特征摘要】
1.一种基于Fano共振的温度传感器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有互不不相通的第一谐振腔和第二谐振腔，其中，第一谐振腔为一个矩形腔与外形呈半圆形状的腔体合为一体的腔体，外形呈半圆形状的腔体位于矩形腔的中部，第二谐振腔为外形呈“T”形状的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱君，王各，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45