[实用新型]嵌入式纳米金阵列表面等离子共振传感器基底

说明书

技术领域

本实用新型涉及表面等离子体光学传感领域，尤其涉及一种嵌入式纳米金阵列表面等离子共振传感器基底。

背景技术

表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)是局域在金属表面的自由电子被光波照射，在适当的条件下发生集体振荡的一种特殊物理现象。它可以产生很强的局域电场，对周围环境介质的折射率变化非常敏感，由此产生的表面等离子体共振技术已经在高灵敏生物、化学传感器领域得到广泛的应用。

传统的SPR传感器基底主要使用棱镜、光栅或波导耦合的金属膜结构，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，在工作频率范围内通常是单共振峰模式，不能适用于多波段、多通道的传感检测环境且受温度影响较大导致结构体积过大无法小型化、集成化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种嵌入式纳米金阵列表面等离子共振传感器基底，减小了传感器基底的体积易于集成化，同时能在多共振峰模式工作，在一定波长范围内能够实现多波段检测。本实用新型采用纳米粒子的局域表面等离子体共振结构，这种耦合结构使得入射光与纳米粒子相互作用更容易激发表面等离子体共振现象；同时，提高了传感结构的调谐性能，具有高灵敏度、高品质因子、易集成的优点。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种嵌入式纳米金阵列表面等离子共振传感器基底，包括：

二氧化硅介质基底(2)以及嵌入二氧化硅介质基底(2)的周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)；

在可见光范围内，入射光从周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)上方垂直入射，偏正方向沿x轴方向，通过调节二氧化硅介质基底(2)的厚度与嵌入深度，周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)的菱形粒子的大小与周期型阵列周期，得到传感器基底结构的最佳参数。

周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)的嵌入深度为d＝100nm。

二氧化硅介质基底(2)的厚度为h＝400nm，介电常数为1.45。

周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)的高度为L_z＝30nm，周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)的长轴和短轴分别为L_x＝100nm和L_y＝40nm，金的介电常数采用Drude模型。

周期型菱形金纳米颗粒阵列(1)沿x方向的周期和y方向的周期分别为P_x＝200nm和P_y＝570nm。

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。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，通过将金纳米颗粒嵌入二氧化硅衬底中，由于上下表面的介质不再对称，相当于在周期阵列上叠加了一个单层介质光栅，对入射光产生调制，一定条件下将会引起导模共振来进行微调制，从而在一定波长范围内透射谱中出现了三个共振峰线型，满足多波段，多通道的传感检测需求，但是导模共振形成的透射峰不够尖锐，灵敏度及品质因数达不到要求，故通过类Fano共振中宽带模式和窄带模式的耦合导致波谱分裂，进而使得共振峰变得尖锐，提高传感检测的灵敏度和品质因数。且本实用新型采用的是周期型纳米颗粒阵列结构可以减小传感器基底结构的体积，易于集成化，符合表面等离子体共振传感器的设计要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种嵌入式纳米金阵列表面等离子共振传感器基底的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的透射谱随金纳米粒子长短轴之比的变化曲线；

图3为本实用新型实施例提供的透射谱随阵列周期的变化曲线；

图4为本实用新型实施例提供的电厂分布示意图；

图5为本实用新型实施例提供的透射谱随衬底折射率的变化曲线；

图6为本实用新型实施例提供的衬底折射率的变化对应的共振波长线性曲线。

具体实施方式