[实用新型]基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器

说明书

本实用新型公开的基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器，包括一Y型光纤环形器，其具有三个端口，分别为输入端、传感端和输出端；以及一设置在所述前述传感端的二氧化硅表面之上的石墨烯七聚体，该石墨烯七聚体可产生高品质的法诺共振。本实用新型的基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器结构紧凑，能够将法诺共振用于实际的折射率传感装置，并且具有极高的灵敏度，法诺共振的随折射率的变化高达1720nm/RIU。

技术领域

本实用新型属于等离激元学(plasmonics)在传感领域的应用，特指一种基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器。

背景技术

近年来，随着微加工和化学制备技术不断的进步，等离激元光学得到了迅猛的发展。表面等离激元能使汇聚在纳米结构周围的电场强度远大于入射光的电场，从而使电磁场能被束缚在比光波长小得多的纳米结构当中，突破了衍射极限。基于这个特性，表面等离激元在化学、生物、光学等传感领域有着广泛的应用潜力。

法诺共振是一种基于纳米结构表面等离激元共振的独特现象。法诺共振的产生是由于宽频超辐射亮模式和窄频低辐射暗模式之间的相互作用的结果(J.A.Fan,C.Wu,K.Bao,J.Bao,R.Bardhan,N.J.Halas,V.N.Manoharan,P.Nordlander,G.Shvets,andF.Capasso.Self-AssembledPlasmonicNanoparticle Clusters[J].Science,2010,328(5982):1135-8)。法诺共振能够在金属多聚体结构中产生，同时对周围环境折射率的变化具有极高的敏感度。根据这一特性，基于金属纳米结构的法诺共振已经应用于高灵敏度纳米折射率传感器领域(J.A.Fan,K.Bao,C.Wu,J.Bao,R.Bardhan,N.J.Halas,V.N.Manoharan,G.Shvets,P.Nordlander,and F.Capasso.Fano-Like Interference inSelf-Assembled Plasmonic Quadrumer Clusters[J].Nano Lett,2010,10(11):4680-5)。然而金属纳米结构的欧姆损耗太大和不可调节性等缺点阻碍了法诺共振线性的优化，其高灵敏度也受到了限制。此外，基于法诺共振的高灵敏度传感器多处于理论研究阶段，目前并没有具体的应用装置的结构以实现高灵敏度的折射率传感。

因此，本发明人利用石墨烯七聚体和Y型光纤环形器构建出一个可行的基于法诺共振的折射率传感器。

实用新型内容

本实用新型的技术目的在于提出一种基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器，该折射率传感器对外界环境折射率变化具有高灵敏度传感的功能。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器，包括：

一Y型光纤环形器，其具有三个端口，分别为输入端、传感端和输出端；以及

一设置在所述前述传感端的二氧化硅表面之上的石墨烯七聚体，该石墨烯七聚体可产生高品质的法诺共振。

优选的，前述石墨烯七聚体由一个中心纳米盘以及六个围绕在中心纳米盘周围的边缘纳米盘组成，所述六个边缘纳米盘等间距分布，且所述中心纳米盘半径为70nm，边缘纳米盘的半径为50nm，边缘纳米盘与所述中心纳米盘的间距为10nm。

进一步的，所有前速的纳米盘厚度均为0.334nm。

进一步的，前述边缘纳米盘的化学势为0.5eV，中心纳米盘的化学势为0.55eV。

制作上述基于石墨烯七聚体法诺共振的折射率传感器的方法，包括以下步骤：

步骤一、制备石墨烯七聚体

根据等离激元子和石墨烯材料的光电特性，构建出可产生高品质的法诺共振的石墨烯七聚体结构；