【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型光学传感器，尤其是涉及一种简单金纳米光栅结构的折射率传感器及其制备方法。
技术介绍
1、局域表面等离激元共振(lspr)是金属表面近场区域的自由电子与入射光光子相互作用发生集体电磁振荡，是一种存在于金属-电介质界面上的特殊表面波。因此，lspr对金属界面附近折射率变化非常敏感，利用这一特点将表面折射率微小变化转换成可测量的波长移动，从而实现对其表面分子的有效探测。近年来，基于局域表面等离激元共振效应的光学生物传感器因其具有无损、快速检测的优势，在环境监测、食品安全、早期疾病诊断等领域应用广泛，是光学应用领域的研究热点。然而，lspr宽带的频谱响应限制了其在传感器领域的发展。因此，对lspr响应光谱的窄化研究是提高传感器灵敏度的重点研究方向。
2、为了提高局域表面等离激元传感器的灵敏度，研究者主要从2个方面进行研究。一方面是精心设计复杂周期性金属纳米结构，如双层光栅、纳米孔、纳米柱、纳米星、纳米三角等，通过增加可探测分子的吸附位点的数量或者增强局域电场的方式来提高传感器的灵敏度。另一方面通过在光谱响应中是引入波导共振模式或者微腔模式，通过两种或者更多模式的耦合有效降低lspr光谱响应曲线的半高全宽，从而提升传感器的灵敏度。近年来，科研工作者们往往设计复杂的多层结构来提高传感器的灵敏度，然而，复杂的结构导致其光谱响应在近红外波长范围内，而可见光波段基于lspr效应的高灵敏传感器件鲜有报道。
技术实现思路
1、本专利技术为解决在可见光波段由于局域表面等离激元
2、本专利技术提出的一种简单金纳米光栅结构的折射率传感器，包括：
3、利用双光束干涉光刻和旋涂溶液法相结合的方法制备的简单的金纳米光栅传感器，所述金纳米光栅传感器固定连接于氧化铟锡(ito)玻璃基底；
4、基于准直-聚焦的透射式传感测试光路系统，入射光经准直系统、偏振片、衰减片后由透镜聚焦并以角度θ入射到金纳米光栅上，聚焦透镜收集透过金纳米光栅的光谱信息并耦合至光纤中；
5、以及用于采集透射光谱信息的信号探测器，所述信号探测器为光谱仪，所述光谱仪与光纤相连接。
6、优选的，所述金纳米光栅传感器包括传感器芯片，所述传感器芯片的周期为400nm，调制深度为100nm-150nm，金纳米线的宽度为100nm-150nm，占空比为1：3。
7、优选的，在横向磁(tm)偏振模式中，调整入射光角度至0°-32°，能够激发瑞利异常，并且与激发的局域表面等离激元共振耦合成fano共振。
8、优选的，所述金纳米光栅传感器的工作波长范围为400nm-900nm，且设置于可见光波段内，通过改变入射光的角度实现由瑞利异常与局域表面等离激元耦合位置波长的调控。
9、优选的，相比于单一局域表面等离激元共振信号、波导模式与局域表面等离激元耦合的信号，所述瑞利异常与局域表面等离激元耦合产生fano共振信号，fano共振信号对环境折射率的变化表现出高灵敏响应。
10、一种简单金纳米光栅结构的折射率传感器的制备方法，包括如下步骤：
11、s1：将所述ito玻璃基底依次使用去离子水、丙酮、乙醇溶液分别超声10min，氮气吹干；
12、s2：取40μl-80μl光刻胶以1000rpm-4000rpm的速度旋涂在所述ito玻璃基底上，时间为30s-60s，随后置于110℃的加热板上加热90s，形成均匀致密的光刻胶薄膜层；
13、s3：采用双光束干涉光刻系统曝光4s-15s，其中经分束镜后两束光的功率相等；
14、s4：将经步骤s3获得的样品在显影液中显影5s-20s，用去离子水清洗掉显影液，即可得到周期为400nm，调制深度约为500nm-1000nm的光刻胶光栅；
15、s5：取10μl-30μl浓度为100mg/ml-150mg/ml的金纳米胶体溶液旋涂覆盖在步骤s4获得的光刻胶光栅模板上；
16、s6：将由步骤s5获得的样品置于马弗炉中退火使光刻胶蒸发去除，同时金纳米颗粒熔化团聚即可获得所述简单金纳米光栅传感器。
17、优选的，所述光刻胶光栅模板需显影到底，显影后获得的光栅形状为矩形。
18、优选的，所述传感器芯片退火温度为400℃，退火时间为5min。
19、与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
20、1、与单独的局域表面等离激元共振信号以及局域表面等离激元共振与波导共振模式耦合的信号相比，发现瑞利异常与局域表面等离激元共振的耦合在传感方面具有更卓越的灵敏度。
21、2、本专利技术所涉及的金纳米光栅折射率传感器的核心结构简单、制备技术简单、成本低廉、适用于大批量生产。
22、3、本专利技术通过改变入射光角度可以调整瑞利异常与局域表面等离激元共振耦合的位置，可以实现传感器工作波长的调节，并且可以通过优化入射光角度实现瑞利异常与局域表面等离激元共振的最佳耦合，从而获得最佳传感灵敏度。
23、4、本专利技术利用双光束干涉光刻结合溶液法制备金纳米光栅，金纳米光栅在横向磁偏振模式下能够激发局域表面等离激元共振，瑞利异常与局域表面等离激元耦合信号对环境折射率的变化表现出高灵敏的响应，具有卓越的响应灵敏度、良好的线性度、可调的响应范围，在生物传感、环境监测等方面具有良好的实用性和发展前景。
24、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
6.如权利要求1-5任意一项所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的简单金纳米光栅结构的折射率传感器，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：窦菲，邹苗苗，刘红梅，张新平，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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