本发明专利技术涉及光学测量技术领域。本发明专利技术公开了一种基于表面等离激元干涉的折射率传感器，所述传感器包括：衬底、激发部件、缝式散射耦合结构以及缝式干涉耦合结构。本发明专利技术还公开了所述传感器的探测方法，所述方法包括：待测样品在激发部件一侧；光源在另一侧通过聚焦部件聚焦；聚焦光束通过缝式散射耦合结构在激发部件上下表面激发两路表面等离激元（Ｓｕｒｆａｃｅ？Ｐｌａｓｍｏｎ）并且各自独立地传到缝式干涉耦合结构处发生干涉；根据干涉结果的改变来感应所述激发部件表面待测样品的折射率的变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学测量
，特别是涉及基于表面等离激元的折射率的探测。
技术介绍
表面等离激元(Surface Plasmon)通常是指在金属表面的电磁场表面模式，其特性主要表现为电磁场局域在金属的表面形成隐失场，并沿金属表面传播。在一定条件下，光和表面等离激元之间可以实现能量转换。这使得人们可以利用表面等离激元在微米乃至纳米尺度的范围内对光进行操控。因此普遍认为表面等离激元将在纳米光子
获得重要应用，基于表面等离激元的各种器件的实验以及相关理论研究成为近年来的热点，吸引着众多科研人员的关注。 基于表面等离激元的传感器即为一种被广泛研究的器件。它根据表面等离激元电磁场模式依赖于金属表面处介质的介电性质(折射率)的原理，通过测量前者的改变来感应金属表面处介质的变化。由于生物或化学方面的各种过程往往就是物质变化的过程，必然会产生折射率的变化，所以利用折射率传感器可以探测这些过程的进行状态、反应速度以及结果等。而且折射率只与物质的相对含量有关，与绝对含量无关，所以对折射率可以进行微量检测。基于表面等离激元的折射率传感器则恰恰能够充分利用这一点，因为表面等离激元器件的独特性正是可以相对容易地做成微小尺寸，所以仅需微量的检测物。而且，伴随着近年来微流控和芯片实验室概念及相关技术的发展，包括传感器在内的各种器件都在朝着微型化和可集成化发展，这更加促进了表面等离激元折射率传感器的研究。 目前国内外报道过的表面等离激元折射率传感器主要基于三种机制金属纳米颗粒的表面等离激元共振，表面等离激元的耦合激发，金属膜上纳米孔阵列的表面等离激元增强透过。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，其不仅可实现灵敏度的显著提高，而且结构简单，制备简易，并具有利于集成的独特优势。 本专利技术公开了一种基于表面等离激元干涉的折射率传感器，该传感器包括透明材料的衬底；通过磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发方法镀在衬底上的激发部件，该激发部件的材料可以是但不限于金、银和铜并且厚度在50nm-500nm之间；利用聚焦离子束(FocusedIonBeam)刻蚀的方法制备在激发部件上的相互平行的缝式散射耦合结构和缝式干涉耦合结构，其宽度小于800nm，长度小于200 y m，间距大于10 y m。 本专利技术还公开了一种基于表面等离激元干涉的折射率传感器的探测方法，该方法包括在激发部件一侧搁置待测样品；光源在另一侧通过聚焦器件聚焦；聚焦光束通过缝式散射耦合结构在激发部件上下表面激发两路表面等离激元，更具体地，聚焦光束在缝式散射耦合结构处被散射，从而在激发部件的下表面激发起表面等离激元，然后激发部件下表面的表面等离激元通过缝式散射耦合结构耦合到激发部件的上表面，从而激发起上表面4的；两路表面等离激元各自独立地传到缝式干涉耦合结构处并发生干涉；缝式干涉耦合结构处的表面等离激元被耦合为光；滤除散射光并放大光信号；探测输出信号，得到干涉强度；通过干涉结果的改变感应待测样品折射率的变化。由于表面等离激元的波矢与激发部件表面处介质(即待测样品)的折射率有关，因此如果待测样品产生变化，其折射率也相应变化，从而引起待测样品一侧表面等离激元波矢的变化，造成两路表面等离激元干涉结果的改变。通过对干涉结果的探测即可得知待测样品折射率的变化情况，再进一步得知待测样品的变化情况。 根据本专利技术的技术方案，两路表面等离激元的干涉可以表示为<formula>formula see original document page 5</formula> 其中a为振幅，k' sp = 2 Ji / A sp为表面等离激元的空间频率，A sp为表面等离激元的波长，L为两缝的间距，伊为与表面等离激元的激发和耦合成光的过程相关的相位项。角标1、2分别表示衬底一侧和上层介质一侧。k' M由下式给出<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula>(2) 其中e ' m为金属介电常数的实部，Sd二〗为介质的介电常数，nd为介质的折射率，A为光的真空波长。引入表面等离激元的等效折射率rieff，k' spEneff(2jr/A)，这样两路表面等离激元干涉的强度为与nd的关系为<formula>formula see original document page 5</formula> 由以上<formula>formula see original document page 5</formula> <formula>formula see original document page 5</formula> 所以当nd2发生改变时，nrff2也会相应改变，从而造成干涉结果的变化。 本专利技术的技术方案具有如下优点本专利技术的传感器的尺寸为微米量级，其中缝式结构的长度可以小至约lOym;本专利技术的探测方法的一个实施例中，在待测样品一侧无需任何光学设置。这些都使得本专利技术的传感器具有优良的可集成性。另外，本专利技术的探测方法的实施例中实验数据显示的折射率灵敏度比通常所报道的表面等离激元传感器高一个量级左右，因而本专利技术的传感器及其探测方法的应用前景十分可观。 此外，将此传感器与适当的生物或化学技术相结合，即可应用于生物或化学领域。例如在传感器的金属膜上附着一层可与特定分子相作用的生物识别分子，此时当传感器与待检测样品相接触，如果样品中含有上述特定分子，则这些分子将与金属膜上的识别分子相作用并结合在金属膜上。于是金属膜外的介电性质发生变化，从而引起表面等离激元干涉结果的改变。因此，根据表面等离激元干涉结果的改变即可得知生物分子相互作用的情况。附图说明 图1为本专利技术的传感器实施例的结构及本专利技术的探测方法的实施例一的示意 图2为本专利技术的探测方法的实施例一通过扫描激光器的波长实际得到的激发部件上方介质为空气时的干涉谱； 图3为本专利技术的探测方法的实施例一在激发部件上方介质为浓度分别为0、0. 25%、0. 50%、0. 75%、1. 00%、1. 25%和1. 50%的NaCl_H20溶液时所得到的一系列干涉谱； 图4为本专利技术的探测方法的实施例一在激发部件上方介质为不同浓度的NaCl-H20溶液时干涉谱的谷对应的波长与溶液折射率的线性关系 图5为本专利技术的探测方法的实施例二的示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术的目的，但不用来限定本专利技术的范围。 本专利技术的传感器实施例的结构如图1所示，该传感器包括玻璃衬底1 ;用电子束蒸发的方法镀在衬底上的一层厚度为200nm金膜2 ;用聚焦离子束刻蚀的方法在金膜上制备的两条平行的纳米缝，缝宽约为100nm，缝长约为40iim，两缝间隔约为100iim;其中，左侧缝为干涉耦合结构4，右侧缝为散射耦合结构3。 本专利技术的探测方法的实施例一如图1所示激光光源为可调谐(800-900nm)连续钛宝石激光器，激光入射方本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述传感器包括：衬底（１）；激发部件（２），所述激发部件位于所述衬底（１）上；缝式散射耦合结构（３），所述缝式散射耦合结构（３）位于所述激发部件（２）内；缝式干涉耦合结构（４），所述缝式干涉耦合结构（４）位于所述激发部件（２）内且与所述缝式散射耦合结构（３）相互平行。
【技术特征摘要】
一种基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述传感器包括衬底(1)；激发部件(2)，所述激发部件位于所述衬底(1)上；缝式散射耦合结构(3)，所述缝式散射耦合结构(3)位于所述激发部件(2)内；缝式干涉耦合结构(4)，所述缝式干涉耦合结构(4)位于所述激发部件(2)内且与所述缝式散射耦合结构(3)相互平行。2. 如权利要求1所述的基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述衬底 是透明材料衬底。3. 如权利要求1所述的基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述激发 部件(2)是通过磁控溅射、电子束蒸发或热蒸发方法镀在所述衬底(1)上的金属膜。4. 如权利要求3所述的基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述金属 膜的材料是金、银或铜。5. 如权利要求3所述的基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述金属 模的厚度在50nm-500nm之间。6. 如权利要求1所述的基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述缝式 散射耦合结构(3)和所述缝式干涉耦合结构(4)是利用聚焦离子束刻蚀的方法制备在所述 激发部件2表面上的两条平行的纳米缝。7. 如权利要求6所述的基于表面等离激元干涉折射率传感器，其特征在于，所述两条 平行的纳米缝的宽度小于800nm，长度小于200 y m，间距大于10 y m。8. —种基于表面等离激元干涉折射率传感器探测折射率的方法，其特征在于，所述方 法包括将待测样品(5)置于所述激发部件(2) —侧； 光源在所述激发部件(2)另一侧通过聚焦器件聚焦；聚焦光束(8)通过缝式散射耦合结构(3)在所述激发部件(2)上下表面激发两...
【专利技术属性】
技术研发人员：张家森，吴晓飞，龚旗煌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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