[发明专利]环境探测器

说明书

技术领域

本发明涉及探测器领域，特别是涉及一种环境探测器。

背景技术

光照射在金属结构上会引起金属中电子的振荡，从而激发表面等离基元(Surface Plasmon Polaritions,SPPs)。表面等离基元对周围环境非常敏感，环境介电常数的改变能够使得表面等离基元的响应峰位置随之改变。1983年，有研究首次提出将表面等离基元用于气体和生物分子探测，公开于文献“Surface plasmon resonance for gas detection and biosensing”（载于《Sensors and Actuators》，1983，Vol.4，299～304）。这篇文章利用反射极小值的角度随金属表面材料折射率变化而改变的现象，探测到金属表面吸附的气体分子。然而，测定反射极小值角度的方法较为复杂，作为一种快速检测的应用尚显不足。

此后，人们又研究了各种各样的金属结构，包括纳米颗粒，纳米孔，以及其它许多不同形状、尺寸和间隙的结构，均是基于金属结构的局域表面等离基元振荡进行化学或生物探测。但是，由于金属结构的光谱响应与金属结构本身的尺寸有关，而对于特定的金属结构，在不考虑周围介电环境的影响时，其光谱响应是不可变的，对其光谱的调控只能通过不同的金属结构来实现。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种新的环境探测器。本发明一个进一步的目的是要获得一种具有更好的调制潜力的环境探测器。本发明另一个进一步的目的是要提供可以有效避开光谱中水分子吸收的干扰、准确性高的环境探测器。

为了实现上述至少一个目的，本发明提供了一种环境探测器，包括在探测时与待测介质接触的敏感元件，用于在入射探测光照射所述敏感元件时根据透过所述敏感元件的透射光谱中的响应峰位置来检测所述待测介质，所述敏感元件包括金属膜以及在所述金属膜中形成的多个互补金属开口谐振环。

在一种实施方式中，每一所述互补金属开口谐振环可以为在所述金属膜中开设的一条不闭合的环形通槽，所述环形通槽穿透所述金属膜。在一种实施方式中，所述环形通槽可以为U形形状，所述U形形状的所述环形通槽的槽宽可以在20～50nm之间，长度可以在360～900nm之间。

在一种实施方式中，所述多个互补金属开口谐振环可以排列成互补金属开口谐振环阵列，所述阵列的排列周期可以为350～800nm。

在一种实施方式中，所述敏感元件还可以包括透明衬底，所述金属膜形成在所述透明衬底上。

在一种实施方式中，所述敏感元件还可以包括设置在所述金属膜一侧的透明介质层，以及设置在所述透明介质层的与所述金属膜相反一侧的金属层。在一种实施方式中，所述敏感元件还可以包括设置在所述金属膜上的第一电极和设置在所述金属层上的第二电极，用于在所述第一电极和所述第二电极之间施加外加电场。

在一种实施方式中，所述环境探测器还可以包括光发生器，用于提供波长为700～1500nm的入射探测光。

在一种实施方式中，所述环境探测器也还可以包括具有开口的容器，用于容纳所述待测介质；所述容器可以由透明弹性材料制成，所述敏感元件覆盖在所述容器的所述开口上。

进一步地，本发明还提供了上述环境探测器的探测方法，包括：

将所述敏感元件的所述多个互补金属开口谐振环置于多个对照介质中，提供入射探测光照射所述敏感元件，测试透过所述敏感元件的透射光谱，得到对应所述多个对照介质的响应峰位置（λ_α，α=1～N_λ）；

将所述敏感元件的所述多个互补金属开口谐振环置于所述待测介质中，提供入射探测光照射所述敏感元件，测试透过所述敏感元件的透射光谱，得到对应所述待测介质的响应峰位置λ₀；

从所述对照介质的响应峰位置（λ_α，α=1～N_λ）中选出与所述待测介质的响应峰位置λ₀相同的响应峰位置，选出的具有与所述待测介质相同的响应峰位置的对照介质，与所述待测介质的材料相同。

本发明至少具有以下优点：

1）本发明的环境探测器制备方法简单，由于其工作波段在700nm至1500nm，可以有效避开光谱中水分子吸收的干扰，探测的准确性高。

2）本发明的互补金属开口谐振环上的结构为一层连续的图形金属层，可以作为电极，能够十分方便地对其施加电场信号，故具有更好的调制潜力。