[实用新型]基于MIM波导耦合矩形和双圆环形谐振腔的折射率传感器

说明书

本实用新型提供了一种基于MIM波导耦合矩形和双圆环形谐振腔的折射率传感器，包括并排设置的第一银膜和第四银膜，第一银膜的中部和第四银膜的中部通过连接膜相连接，第一银膜和第四银膜之间并排设置有第一直波导和第二直波导，连接膜上设有矩形谐振腔，第一直波导和第二直波导相对于矩形谐振腔对称设置；第一银膜上设有第一圆环形谐振腔，第一圆环形谐振腔内设有第二银膜，第四银膜上设有第二圆环形谐振腔，第二圆环形谐振腔内设有第三银膜；第一圆环形谐振腔和第二圆环形谐振腔相对于矩形谐振腔对称设置。该折射率传感器体积小、灵敏度高、易于集成，能够有效增强灵敏度，提高耦合效率，降低功耗，提高分辨率。

技术领域

本实用新型涉及光学信号传输、超分辨率光刻、传感器、MIM波导等相关技术领域，涉及一种基于MIM波导耦合矩形和双圆环形谐振腔折射率传感器。

背景技术

随着现代信息技术的高速发展，对光学器件的微型化和高度集成化提出了更高的要求，但是由于光学衍射极限的存在，传统光学器件的发展遇到了瓶颈。如何在更小的尺度上实现光子器件的集成已成为当今的一大研究热点。纳米光学和纳米制造技术的发展，催生了一门新的学科：表面等离激元纳米光子学。表面等离激元纳米光子学是研究光与物质相互作用的一门学科，在纳米尺度光操控、单分子检测、光学异常透射和超高分辨率光学成像等领域有广泛应用。纳米尺度上实现光信息的传输和处理是未来高密度光子集成回路的基石，表面等离极化激元（Surface plasmon polaritons, SPPs）能够突破衍射极限，具有很强的局域场增强特点，为高密度光子集成回路的实现提供了可能。金属-介质-金属（Metal-Insulator-Metal, MIM）波导结构能避免辐射模和泄露模的出现，将 SPPs 模式束缚在中间介质层中，其具有对光局域能力强，结构简单且易于高度集成等优点。因此，利用MIM 波导结构来操控 SPPs 波传播，实现光子器件的微型化和集成化受到人们广泛关注。由于表面等离激元具有独特的光学特性，其在高灵敏传感、生物检测、光学开关和光学滤波器等领域得到了广泛的应用。

目前，人们对多种形貌的 SPPs 波导结构进行了研究，包括 V 形槽波导、纳米线、楔形结构、金属缝结构等。在众多的 SPPs 波导结构中，MIM 波导结构因具备局域能力强和传播长度可接受等优点被广泛用于设计各种光子器件。随着微纳加工技术的进步，片上高灵敏传感检测技术是未来纳米传感器的发展方向，MIM 波导耦合谐振腔结构中产生的独特光学现象如 Fano 共振、电磁诱导透明等对环境介质特别敏感，借助这些新颖的光学现象设计易于片上集成的高灵敏 SPPs 传感器成为现在的发展趋势。因此，在

SPPs 波导中构建基于 Fano 共振的微纳传感系统，有望实现更加方便、快捷的检测。探索 Fano 共振在 SPPs 波导中的产生机理，不仅对理解光与物质的相互作用有重要意义，而且对金属纳米结构中实现光传感、光开关、滤波器等方面的研究具有重要的应用价值。

因此，利用MIM波导耦合谐振腔结构实现的 Fano 共振效应来设计高灵敏 SPPs传感器是一种非常有希望的途径。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于MIM波导耦合矩形和双圆环形谐振腔折射率传感器，有效增强折射率传感器灵敏度，提高耦合效率，降低功耗，提高分辨率。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于MIM波导耦合矩形和双圆环形谐振腔折射率传感器，包括并排设置的第一银膜和第四银膜，第一银膜的中部和第四银膜的中部通过连接膜相连接，第一银膜和第四银膜之间并排设置有第一直波导和第二直波导，连接膜上设有矩形谐振腔，第一直波导和第二直波导相对于矩形谐振腔对称设置；第一银膜上设有第一圆环形谐振腔，第一圆环形谐振腔内设有第二银膜，第四银膜上设有第二圆环形谐振腔，第二圆环形谐振腔内设有第三银膜；第一圆环形谐振腔和第二圆环形谐振腔相对于矩形谐振腔对称设置。