[发明专利]一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底

说明书

本发明公开了一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，其特征在于，包括：周期型椭圆金纳米颗粒阵列以及平面光波导基底；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列置于平面光波导基底上；在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列的沿y方向的周期Psubgt;y/subgt;控制共振波长的位置。该传感器基底，通过微纳结构的复合减小了传感器基底体积，易于微型化，同时传感器基底能够产生多个共振峰，在一定波长范围内能够实现多波段检测，通过改变波导层厚度可以控制共振峰的数目以及改变金属阵列的周期来调节共振波长的位置。

技术领域

本发明涉及表面等离子体光学传感领域，尤其涉及一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底。

背景技术

当特定波长的光入射时，贵金属纳米粒子表面的电子与入射光子在纳米粒子表面的局部区域发生强烈的共振，这一现象被称为局域表面等离子体共振。金属纳米颗粒周围的电场明显增强，对周围环境介质的折射率变化非常敏感。基于该效应的光学传感器有着免标记、灵敏度高，传感性能好，在生物、化学及传感领域受到了广泛应用。

传统的SPR传感器基底主要使用平面金膜结构，其物理机制是传导型SPR(propagating surface plasmon resonance，PSPR)。作为一种平面均匀结构，金属膜通常工作在单共振峰模式。由于SPR传感器的应用环境越来越复杂，单个共振峰易受到其它因素的干扰，往往要求基底敏感元件能在多共振峰模式下工作，更好的适用于多波段、多通道的传感检测环境。

鉴于此，有必要对现有技术进行改进以适用于多波段、多通道的传感检测环境。

发明内容

本发明的目的是提供一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，通过微纳结构的复合减小了传感器基底体积，易于微型化，同时传感器基底能够产生多个共振峰，在一定波长范围内能够实现多波段检测，通过改变波导层厚度可以控制共振峰的数目以及改变金属阵列的周期来调节共振波长的位置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种共振峰可调的表面等离子体共振传感器基底，包括：周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)以及平面光波导基底(2)；

所述平面光波导基底(2)包括紧密设置的波导层与衬底层；所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)置于平面光波导基底(2)的波导层上；

在可见光范围内，入射光从周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)上方垂直入射，入射光偏振方向沿x轴方向，通过调节平面光波导基底(2)的波导层厚度控制共振峰的数目，通过调节周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的沿y方向的周期P_y控制共振波长的位置。

可选的，所述平面光波导基底(2)的波导层折射率n_h＝1.46；衬底层厚度s＝100nm，折射率n_s＝1.3；覆盖层为空气层，其折射率n_c＝1。

可选的，所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的高度L_z＝30nm，周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)的长轴和短轴分别为L_x＝140nm和L_y＝40nm，椭圆金纳米颗粒的介电常数采用Drude模型。

可选的，所述周期型椭圆金纳米颗粒阵列(1)沿x方向的周期和y方向的周期分别为P_x＝200nm和P_y＝500nm。

可选的，传感器基底结构上下边界条件取完全匹配层，在x和y方向取周期性边界条件。