本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器，包括金屬膜，所述金屬膜上均勻排列設(shè)置有N個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)，每個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)為在金屬膜的中心處開設(shè)有一中心孔，在中心孔的外部對稱設(shè)有一對連接孔，所述連接孔均通過刻蝕于金屬膜上的納米狹縫與中心孔相連接，且中心孔、連接孔和納米狹縫一體成型并貫通于金屬膜的上下表面，在中心孔、連接孔及納米狹縫的內(nèi)部空間填充有介質(zhì)層，其中所述N≥2的正整數(shù)。本實(shí)用新型專利技術(shù)通過周期孔陣列結(jié)構(gòu)及加入納米狹縫技術(shù)，使制得傳感器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有光透射率高、體積小巧、制作簡單的特點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及一種傳感器，具體涉及一種周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器，屬于微納光子
技術(shù)介紹
光學(xué)異常透射(ExtraordinaryOptical Transmiss1n, EOT)特性表現(xiàn)為:當(dāng)光入射到具有亞波長周期孔陣列的金屬薄膜時(shí)，光的透射效率得到了極大的增強(qiáng)，突破了傳統(tǒng)孔徑理論的限制。自1998年Ebbesen等人闡述這種EOT現(xiàn)象以來，關(guān)于此方面的研究得到了廣泛的關(guān)注，并在許多方面得到了重要的應(yīng)用。與此同時(shí)，科研人員發(fā)現(xiàn)通過改變孔陣列結(jié)構(gòu)的周期、金膜厚度、孔的形狀、金屬材料、光入射角度等參數(shù)，可以有效調(diào)節(jié)透射峰的位置，以及透射率的大小。這些在生物傳感、光學(xué)濾波器、新型光源和光學(xué)存儲等方面都具有極其廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于光學(xué)異常透射(EOT)現(xiàn)象的物理機(jī)理的解釋，Genet和Ebbesen發(fā)現(xiàn)納米孔陣列的EOT現(xiàn)象源于入射光與表面等離激元(SPPs)的耦合:當(dāng)孔陣列的周期所對應(yīng)的倒格矢與SPPs的動量匹配時(shí)，SPPs容易被激發(fā)，并通過孔穿到薄膜的另一面。表面等離激元(SPPs)是一種特殊的電磁波，是在入射光的激發(fā)下金屬表面的自由電子發(fā)生集體振蕩所產(chǎn)生的。這種特殊的電磁波沿著金屬表面的方向傳播，并在垂直于金屬表面的方向上呈指數(shù)衰減，故也被稱為傳導(dǎo)型表面等離激元。在表面非常粗糙的金屬膜或形成曲面結(jié)構(gòu)的金屬(如球體、柱體等)周圍，其表面等離激元不能以波的形式沿界面?zhèn)鞑ィ潜痪钟蛟谶@些結(jié)構(gòu)的表面附近，被稱為局域表面等離激元(LSPs)，由于LSPRs具有克服衍射極限的能力、最小化尺寸和電場約束的獨(dú)特性能，LSPRs在周期性金屬納米孔陣列結(jié)構(gòu)(一般包括圓形、矩形、三角形或是兩種不同結(jié)構(gòu)復(fù)合孔的納米結(jié)構(gòu))具有重要作用。隨著納米科學(xué)的不斷進(jìn)步，表面等離激元已經(jīng)發(fā)展成為了一門新興的學(xué)科，并在生物、化學(xué)、信息、能源等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年，關(guān)于對光學(xué)異常透射EOT效應(yīng)的研究層出不窮。科研工作者們紛紛通過優(yōu)化亞波長孔陣列周期結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)，提高光透射的性能。例如，2013年Liu J Q等人使用雙套圓孔排列成矩形納米孔陣列結(jié)構(gòu)，2014年Zhang X等人設(shè)計(jì)了復(fù)合納米孔陣列結(jié)構(gòu)，均對光學(xué)異常透射EOT特性的研究具有重要的參考意義。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器作為一種傳輸信息的載體，在通信、醫(yī)療、軍事、自動控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)的傳感器由于受體積、穩(wěn)定性等條件的限制，不能很好的適應(yīng)光電子技術(shù)發(fā)展的需要。而表面等離激元光學(xué)傳感器因其體積小、功耗低、可靠性高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，引起了越來越多人的注意。但現(xiàn)有的表面等離激元光學(xué)傳感器一般是在金屬膜上只設(shè)置一種周期孔陣列(如圓形、矩形)結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的表面等離激元光學(xué)傳感器的光的透射率低，且較難通過調(diào)節(jié)孔陣列的各參數(shù)以獲得可選擇透射峰的位置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對上述的不足，本技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種光透射率高的周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器，并通過改變孔陣列結(jié)構(gòu)的各參數(shù)達(dá)到調(diào)節(jié)其透射光譜的目的。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):—種周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器，包括金屬膜，所述金屬膜上均勻排列設(shè)置有N個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)，每個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)為在金屬膜上開設(shè)有一中心孔，在中心孔的外部對稱設(shè)有一對連接孔，所述連接孔均通過刻蝕于金屬膜上的納米狹縫與中心孔相連接，且中心孔、連接孔和納米狹縫一體成型并貫通于金屬膜的上下表面，中心孔、連接孔及納米狹縫的內(nèi)部空間填充有介質(zhì)層，其中所述N多2的正整數(shù)。上述方案中，所述金屬膜的厚度可以任意一種符合等離激元傳感器工作條件的厚度，為提高傳感器的性能，所述金屬膜的厚度具體可以為50nm。上述方案中，所述納米狹縫的寬度可以為25?55nm。上述方案中，所述介質(zhì)層為該等離激元傳感器在使用時(shí)所處的周圍環(huán)境(如空氣、液體、固體等)，即為聲波或光波在傳輸過程中的傳播媒介。因此，所述介質(zhì)層具體可以是透明空氣層、固體層或是其他介質(zhì)層；進(jìn)一步地，所述介質(zhì)層的介電常數(shù)可以為1.0?2.5o上述方案中，為使加工簡易，每個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)的長和寬相等。上述方案中，所述中心孔具體可以為圓孔，所述連接孔具體可以為矩形孔。上述方案中，進(jìn)一步地，所述圓孔的直徑可以為40nm?lOOnm。上述方案中，進(jìn)一步地，所述矩形孔的長度可以大于或等于圓孔的直徑。上述方案中，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述矩形孔的長度等于圓孔的直徑。與現(xiàn)有孔陣列周期結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器相比，本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為:1、通過采用由圓孔及對稱設(shè)于圓孔兩側(cè)的矩形孔(矩形孔與圓孔之間通過納米狹縫連接)構(gòu)成的單位孔陣列結(jié)構(gòu)，在金屬膜上周期均勻排列設(shè)置多個(gè)相同的單位孔陣列結(jié)構(gòu)，利用該結(jié)構(gòu)中SPPs與LSPRs通過納米狹縫相互耦合作用，得到增強(qiáng)光透射的等離激元傳感器。它具有光透射率高、體積小巧、制作簡單的特點(diǎn)；2、在制作本等離激元傳感器時(shí)，可通過改變金屬圓孔的直徑、矩形孔的長度和寬度、納米狹縫的寬度或其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，使制得的等離激元傳感器獲得可選擇透射峰的位置，具有高透射率、可接近紅外光譜。【附圖說明】圖1為本周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器的其中一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器中一個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為本周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器與對比例的透射光譜圖。圖4為本周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器中采用不同圓孔直徑時(shí)的透射光譜圖。圖5為本周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器中采用不同納米狹縫寬度的透射光譜圖。圖6為本周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器中的介質(zhì)層采用不同的介電常數(shù)時(shí)的透射光譜圖。圖中標(biāo)號為:1、金屬膜，2、圓孔，3、矩形孔，4、納米狹縫；2r、圓孔的直徑，P、單位孔陣列結(jié)構(gòu)的長度，a、矩形孔的長度，b、矩形孔的寬度，d、納米狹縫的寬度。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合具體實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步解釋說明，但不用以限制本技術(shù)。當(dāng)前第1頁1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種周期性孔陣列結(jié)構(gòu)的等離激元傳感器，包括金屬膜(1)，所述金屬膜(1)上均勻排列設(shè)置有N個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于：每個(gè)周期的單位孔陣列結(jié)構(gòu)為在金屬膜(1)上開設(shè)有一中心孔，在中心孔的外部對稱設(shè)有一對連接孔，所述連接孔均通過刻蝕于金屬膜(1)上的納米狹縫(4)與中心孔相連接，且中心孔、連接孔和納米狹縫(4)一體成型并貫通于金屬膜(1)的上下表面，在中心孔、連接孔及納米狹縫(4)的內(nèi)部空間填充有介質(zhì)層，其中所述N≥2的正整數(shù)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：岳宏衛(wèi)，鄧進(jìn)麗，朱智勇，鄭龍，王宏慶，
申請(專利權(quán))人：桂林電子科技大學(xué)，
類型：新型
國別省市：廣西;45
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