【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耦合共振传感，特别是一种双光子晶体光栅耦合共振传感器。
技术介绍
1、表面等离子激元（spp），是指在金属表面存在的自由振动的电子与入射光子相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波，是一种特殊的电磁模式，能将电磁场局限在金属表面很小的范围并发生共振增强。利用表面等离子激元（spp）可以产生表面等离子体共振（spr）。表面等离子体共振（spr）具有实时、无标记、灵敏地检测等优点，可以应用于传感等方面。其中普通的表面等离子体共振（spr）生物传感器使用涂在玻璃基板上的平板金薄膜。基于金纳米孔、纳米棒、纳米棒和其他复杂纳米结构的等离子体生物传感器已经得到了广泛的研究。然而，表面等离子体共振（spr）在金属中有很大的吸收损失，这导致了较低的谐振质量。谐振品质因数(q)对表面等离子体共振（spr）传感器的检测极限起着重要的作用。由于金属损耗，表面等离子体共振传感器的品质因素一直有待提高。
2、塔姆（tamm）等离子体激元（tpps），是一种存在于金属与分布布拉格反射镜（dbr）的共振模式，与传统的表面等离子激元模式不同，塔姆等离激元发生在金属层与介质界面处，具有高品质因数（q）共振，并允许直接从自由空间进行耦合，并在光谱中提供极高的反射率。其具有比表面等离子激元（spp）更小的损耗，同时具有更高的品质因数（q），表现出更窄的共振峰。它可应用于激光器、光开关、滤波器、热发射器和传感器等。近年来对dbr结构上的金属薄膜得到了广泛的研究。然而塔姆（tamm）等离子体激元（tpp）的大部分光场位于金属与分布布拉格反射镜
3、为了提高传感器的品质因素与表面灵敏度，可以利用塔姆等离激元和表面等离激元在强耦合条件下的杂化等离子体模式。金薄膜被一个金光栅所取代。周期纳米结构上的表面等离子体共振是光栅的表面等离激元。高阶塔姆等离激元与光栅表面等离激元模式之间的强耦合在反射系统中产生了一种尖锐的混合模式。布拉格结构有助于减少金属中的表面等离子体共振损失，在不降低表面灵敏度的情况下，大大提高了共振质量。然而当表面等离子激元（spp）与塔姆等离子体激元（tpp）耦合时，因有一层金属膜进行阻挡，削弱耦合，影响其效果。这种结合了金属光栅与光子晶体的耦合共振传感的品质因素与灵敏度仍然有待提高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双光子晶体光栅耦合共振传感器，该耦合共振传感器具有高灵敏度，高品质因素和多波段等特点。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种双光子晶体-光栅耦合共振传感器，所述耦合共振传感器包括一对对称排布的光子晶体-光栅结构，两个光子晶体-光栅结构之间形成的传感腔，可产生双表面等离激元-塔姆等离激元耦合共振，并可在传感腔中实现光学折射率传感。
3、进一步地，所述光栅结构的材料为金属。
4、进一步地，对于金属光栅结构，光栅激发的表面等离激元共振波长与光栅周期p需满足以下公式：
5、
6、其中，m为光栅的衍射阶数，为光栅金属材料的介电常数，为光栅所处区域介质的折射率；改变光栅周期p，可调整表面等离激元共振波长。
7、进一步地，所述光子晶体由上下交替放置的两种介质材料组成。
8、进一步地，所述两种介质材料的对数与所激发的塔姆等离激元的共振峰的形状有关，需使用6对或以上的两种介质材料以激发高品质因素的塔姆等离激元。
9、进一步地，对于覆盖了金属光栅结构的光子晶体，光子晶体材料及厚度与所激发的塔姆等离激元的共振频率需满足以下公式：
10、
11、其中，为光子晶体的布拉格频率，由公式确定，为光子晶体中a介质的折射率，为a介质的厚度，为光子晶体中b介质的折射率，b为b介质的厚度；为光子晶体周围介质的介电常数，为覆盖光子晶体的金属光栅材料的等离子体频率，由公式确定；改变构成光子晶体的两种材料的种类以及厚度，可调整塔姆等离激元的共振波长。
12、进一步地，通过调节金属光栅结构的周期与光子晶体结构的介质材料或厚度，使两种共振波长处于相近范围内，使两种共振发生共振耦合，需满足如下关系：
13、。
14、进一步地，两个光子晶体-光栅结构可分别发生一次表面等离激元与塔姆等离激元的共振耦合，并且这两个耦合后的共振可发生叠加。
15、进一步地，为了使两个光子晶体-光栅结构的上下层的耦合共振的叠加效果良好，两个光子晶体-光栅结构的间隔距离即传感腔的长度l满足：l = 300 nm~500 nm。
16、进一步地，当耦合共振传感器应用于折射率传感时，待测样品置于传感腔内部，通过改变传感腔中的介质折射率，耦合共振的共振波长会发生偏移，不同折射率的样品会产生不同共振波长的共振峰，通过分析共振光谱可以得出样品的折射率。
17、本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
18、1）本专利技术使用双光子晶体-光栅耦合共振机理，具有高灵敏度，高品质因素和多波段等特点。
19、2）本专利技术双光子晶体-光栅耦合共振结构使用优化了表面等离激元与塔姆等离激元在光学折射率传感中的表面灵敏度与品质因素，在传感等方面有更广泛的应用。
20、下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述耦合共振传感器包括一对对称排布的光子晶体-光栅结构，两个光子晶体-光栅结构之间形成的传感腔，可产生双表面等离激元-塔姆等离激元耦合共振，并可在传感腔中实现光学折射率传感。
2.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述光栅结构的材料为贵金属。
3.根据权利要求2所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，对于金属光栅结构，光栅激发的表面等离激元共振波长与光栅周期P需满足以下公式：
4.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述光子晶体由上下交替放置的两种介质材料组成。
5.根据权利要求4所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述两种介质材料的对数与所激发的塔姆等离激元的共振峰的形状有关，需使用6对或以上的两种介质材料以激发高品质因素的塔姆等离激元。
6.根据权利要求2所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，对于覆盖了金属光栅结构的光子晶体，光子晶体材料及厚度与所激发的塔姆等离激元的共振频率需满足以下
7.根据权利要求2所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，通过调节金属光栅结构的周期与光子晶体结构的介质材料或厚度，使两种共振波长处于相近范围内，使两种共振发生共振耦合，需满足如下关系：
8.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，两个光子晶体-光栅结构可分别发生一次表面等离激元与塔姆等离激元的共振耦合，并且这两个耦合后的共振可发生叠加。
9.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，两个光子晶体-光栅结构的间隔距离即传感腔的长度L满足：L = 300 nm~500 nm。
10.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，当耦合共振传感器应用于折射率传感时，待测样品置于传感腔内部，通过改变传感腔中的介质折射率，耦合共振的共振波长会发生偏移，不同折射率的样品会产生不同共振波长的共振峰，通过分析共振光谱可以得出样品的折射率。
...【技术特征摘要】
1.一种双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述耦合共振传感器包括一对对称排布的光子晶体-光栅结构，两个光子晶体-光栅结构之间形成的传感腔，可产生双表面等离激元-塔姆等离激元耦合共振，并可在传感腔中实现光学折射率传感。
2.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述光栅结构的材料为贵金属。
3.根据权利要求2所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，对于金属光栅结构，光栅激发的表面等离激元共振波长与光栅周期p需满足以下公式：
4.根据权利要求1所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述光子晶体由上下交替放置的两种介质材料组成。
5.根据权利要求4所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，所述两种介质材料的对数与所激发的塔姆等离激元的共振峰的形状有关，需使用6对或以上的两种介质材料以激发高品质因素的塔姆等离激元。
6.根据权利要求2所述的双光子晶体光栅耦合共振传感器，其特征在于，对于覆盖了金属光栅结构的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈哲，施余豪，熊立翔，冉亚男，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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