[发明专利]一种多波长共振的等离子共振结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多波长共振的等离子共振结构及其制备方法，属于对目标分子的高灵敏度传感与探测领域。

背景技术

表面等离子共振是指光照射在纳米金属结构上激发起金属表面电子的集体振荡。这样的电子振荡与大面积金属表面上激发起的振荡方式不同，它不会传播，所以也叫局域表面等离子共振。近几年发展迅速的表面等离子共振器件，可以对光场实现几个数量级的局域场增强。因此基于表面等离子共振结构的荧光标记与拉曼散射是实现高灵敏度传感与探测的有效途径，在超高灵敏度传感与探测方面具有极为重要的应用价值。

目前用于荧光增强与拉曼增强的应用研究向两个方向发展。一是寻求更高的局域场增强因子。目前常用的等离子共振结构主要包括单个金属纳米颗粒与金属纳米颗粒对。应用最广泛的还是纳米颗粒结构，如金属纳米球如图1所示，其共振特性如图2所示，这种对称结构一般具有一个共振峰；二是为同时检测多个荧光探针或者提高拉曼信号的信噪比而寻求多波长等离子共振结构。目前大多采用非对称结构来实现多个波长的共振，包括椭球、金属棒以及多面体等不对称结构，图3给出了金属纳米椭球结构。从其共振特性图4中可以看出，当激发光的偏振态沿着椭球的不同方向时，其共振峰的位置不同，但是多个共振峰的相对位置、强弱不易调节。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多波长共振的等离子共振结构及其制备方法，解决了多个共振峰的相对位置、强弱不易调节的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种多波长共振的等离子共振结构，包括介质圆盘和金属圆盘，所述介质圆盘和金属圆盘交替叠加构成柱对称结构，所述金属圆盘的层数大于等于三层，所有金属圆盘的圆面面积和厚度均相等，所述介质圆盘的材料为光学透明介质，所有介质圆盘的圆面面积和厚度均相等，所述介质圆盘的圆面面积小于等于金属圆盘的圆面面积。

所述介质圆盘和金属圆盘的直径相等。

所述金属圆盘的材料为金或银，光学透明介质为SiO₂或MgF₂。

一种多波长共振的等离子共振结构的制备方法，包括以下步骤：

（1）在玻璃或者石英基片上通过旋图的方法涂覆一层有机薄膜；

（2）使用制备好的模板在有机薄膜上进行压印，模刻出柱对称结构凹槽阵列；

（3）对有机薄膜进行烘焙以及反应离子束刻蚀处理；

（4）然后在柱对称结构凹槽阵列内交替逐层蒸镀金属和介质；

（5）蒸镀完成后采用有机溶液清洗去除有机薄膜，保留下柱对称结构。

本发明的有益效果：1、本发明为所述介质圆盘和金属圆盘交替叠加构成柱对称结构，多个金属盘之间存在局域等离子共振的耦合，导致了多种空间模式场的出现，如电偶极子模式、磁偶极子模式等，从而出现了多个共振峰，通过调节金属圆盘厚度与圆面面积可以调节单个金属圆盘的共振强度，通过调节相邻金属圆盘之间的距离可以调节金属圆盘之间的耦合强度，从而调节多个共振峰的相对位置与强弱；2、本发明为柱对称结构，无论激发光的偏振态沿哪个方向，其共振特性不变，这对于很多实际应用场合具有重要意义；3、该结构简单，要求的工艺简便，只需要传统的纳米压印工艺与薄膜蒸镀工艺，重复性好，便于应用。

附图说明

图1为金属纳米球结构的示意图。

图2为金属纳米球结构的光谱共振特性图。

图3为金属纳米椭球结构的示意图。

图4为金属纳米椭球结构的光谱共振特性图。

图5为本发明的侧视图。

图6为本发明的俯视图。

图7为实施例一的光谱共振特性图。

图8为实施例一的局域场增强特性图。

图9为实施例二的光谱共振特性图。

图10为实施例二的局域场增强特性图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种多波长共振的等离子共振结构，包括介质圆盘1和金属圆盘2，所述介质圆盘1和金属圆盘2交替叠加构成柱对称结构，所述金属圆盘2的层数大于等于三层，所有金属圆盘2的圆面面积和厚度均相等，金属圆盘2的材料为金或银，所述介质圆盘1的材料为光学透明介质，光学透明介质为SiO₂或MgF₂，所有介质圆盘1的圆面面积和厚度均相等，所述介质圆盘1的圆面面积小于等于金属圆盘2的圆面面积。