一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，通过若干组所述磁环偶极子单元周期阵列，同时由于所述磁环偶极子单元结构是全介质的，没有焦耳损耗，解决了非辐射损耗问题，即焦耳损耗问题；而磁偶极子相互共振耦合形成磁环形偶极子共振模式，此时的电磁场被局域在环形空间内，因而辐射损耗较小，解决了辐射损耗问题，产生了高品质因子Fano共振，磁环形偶极子的形成，有利于电磁场的增强，增强了光与物质的相互作用，对周围媒介环境敏感，进一步增强传感器的灵敏度。进一步增强传感器的灵敏度。进一步增强传感器的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器


[0001]本技术涉及光学传感器
，尤其涉及一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器。

技术介绍

[0002]生物化学传感技术是在大学科生命科学中发展出来的重要技术，成为当前科学研究的热点。目前，以化学法为主要方法来检测生物分子的技术，面临操作繁琐和环境要求高的问题，而且周期较长，难以适应当今市场的要求。
[0003]Fano共振是由于两种模式的电磁本征模干涉造成的，例如宽谱和窄谱，或者说连续态和离散态的干涉产生的，产生的谱线为不对称尖锐的线型。Fano共振具有高品质因子以及大局域场增强的特点，有利于光与物质的相互作用，且共振特性对周围媒介环境极其敏感，对于高灵敏度的生物传感器具有很高的应用价值。然而，基于金属纳米结构的Fano共振的传感器，往往品质因子较低，其主要原因在于这样的传感装置面临辐射损耗和焦耳损耗的问题，造成的共振谱线较宽。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，旨在解决现有技术中的Fano共振传感器存在辐射损耗和焦耳损耗较多的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本技术采用的一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，包括若干组磁环偶极子单元，若干组所述磁环偶极子单元呈周期阵列，所述磁环偶极子单元包括介质板衬底、第一介质螺旋结构和第二介质螺旋结构，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均嵌设在所述介质板衬底上，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的中心在同一条竖直线段上，且基于线段的中点呈中心对称布置。
[0006]其中，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均为矩形螺旋线圈，矩形厚度与所述介质板衬底厚度相同，所述介质板衬底厚度的范围值为400～500nm。
[0007]其中，所述第一介质螺旋结构为从内向外延展的逆时针螺旋，圈数N为2.5，所述第二介质螺旋结构的形状为所述第一介质螺旋结构绕原点旋转180
°
。
[0008]其中，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的相邻螺旋臂的间距g的范围值为16～30nm，螺旋臂的臂宽w的范围值为30～50nm，内半径r的范围值为0～10nm，外半径R的范围值为170～230nm，螺旋增长率b由相邻螺旋臂的间距g与螺旋臂的臂宽w之和除以2π确定。
[0009]其中，所述磁环偶极子单元沿x轴和y轴排布的周期p小于工作波段的近红外波长。
[0010]其中，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的介电常数值相等且大于10，所述介质板衬底的介电常数小于所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的介电常数，且大约等于2.25。
[0011]本技术的一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，通过若干组所述磁
环偶极子单元周期阵列，同时由于所述磁环偶极子单元结构是全介质的，没有焦耳损耗，解决了非辐射损耗问题，即焦耳损耗问题；而磁偶极子相互共振耦合形成磁环形偶极子共振模式，此时的电磁场被局域在环形空间内，因而辐射损耗较小，解决了辐射损耗问题，产生了高品质因子Fano共振，磁环形偶极子的形成，有利于电磁场的增强，增强了光与物质的相互作用，对周围媒介环境敏感，进一步增强传感器的灵敏度。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的附图。
[0013]图1是本技术的一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器的二维单元结构示意图。
[0014]图2是本技术的实施例在1000
‑
1300nm的透射谱。
[0015]图3是本技术的实施例xoy截面的近场分布图。
[0016]图4是本技术的实施例在不同折射率媒质中的透射谱。
[0017]图5是本技术的实施例谐振波长移动(WS)随着折射率的增加关系图。
具体实施方式
[0018]下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0019]在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0020]请参阅图1，本技术提供了一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，包括若干组磁环偶极子单元，若干组所述磁环偶极子单元呈周期阵列，所述磁环偶极子单元包括介质板衬底、第一介质螺旋结构和第二介质螺旋结构，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均嵌设在所述介质板衬底上，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的中心在同一条竖直线段上，且基于线段的中点呈中心对称布置。
[0021]所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均为矩形螺旋线圈，矩形厚度与所述介质板衬底厚度相同，所述介质板衬底厚度的范围值为400～500nm。
[0022]所述第一介质螺旋结构为从内向外延展的逆时针螺旋，圈数N为2.5，所述第二介质螺旋结构的形状为所述第一介质螺旋结构绕原点旋转180
°
。
[0023]所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的相邻螺旋臂的间距g的范围值
为16～30nm，螺旋臂的臂宽w的范围值为30～50nm，内半径r的范围值为0～10nm，外半径R的范围值为170～230nm，螺旋增长率b由相邻螺旋臂的间距g与螺旋臂的臂宽w之和除以2π确定。
[0024]所述磁环偶极子单元沿x轴和y轴排布的周期p小于工作波段的近红外波长。
[0025]所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的介电常数值相等且大于10，所述介质板衬底的介电常数小于所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的介电常数，且大约等于2.25。
[0026]进一步地，本技术还提供了一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器的具体实施例，实施例由两个高介电常数的介质纳米硅螺旋结构组成，设置在二氧化硅玻璃衬底上，单元硅介质螺旋包括1号硅纳米螺旋和2号硅纳米螺旋。需要检测的外部分析媒介包围在硅纳米螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，其特征在于，包括若干组磁环偶极子单元，若干组所述磁环偶极子单元呈周期阵列，所述磁环偶极子单元包括介质板衬底、第一介质螺旋结构和第二介质螺旋结构，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均嵌设在所述介质板衬底上，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的中心在同一条竖直线段上，且基于线段的中点呈中心对称布置。2.如权利要求1所述的基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，其特征在于，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均为矩形螺旋线圈，矩形厚度与所述介质板衬底厚度相同，所述介质板衬底厚度的范围值为400～500nm。3.如权利要求2所述的基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，其特征在于，所述第一介质螺旋结构为从内向外延展的逆时针螺旋，圈数N为2.5，所述第二介质螺旋结构的形状为所述第一介质螺旋结构绕原点旋转1...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅涛，周子权，王道凡，朱润泽，王紫嫣，陈宇，白永康，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：