[发明专利]一种实现荧光物质荧光定向远场发射的复合结构

说明书

本发明设计了一种可以实现荧光物质荧光定向远场发射的复合结构，包括玻璃基底，所述玻璃基底上镀有厚度大于等于100nm的金属膜，所述金属膜上方设置有半圆管，所述半圆管上方圆弧中心处设置有与半圆管外径紧密贴合的鱼尾形透镜，所述半圆管内填充有混有荧光物质的溶液。本发明中，荧光物质发出的光经过金属膜的反射和透镜的会聚后，从透镜上方射出，本发明可以实现荧光物质荧光定向远场发射，可以广泛应用于荧光检测领域。

技术领域

本发明涉及微米尺寸的半圆管与鱼尾透镜的复合结构，特别是涉及实现荧光物质荧光定向远场发射的应用中的结构。

背景技术

荧光检测具有操作简单，灵敏度高等优点，可以被广泛应用于生物传感、环境检测、化学分析等多个领域。随着荧光检测技术的不断发展，荧光检测对荧光的灵敏度要求越来越高，而荧光的灵敏度与荧光的发光强度有关。因此实现荧光灵敏度的增强可以通过增强荧光的发光强度。

微纳结构可以提高荧光的发光强度。研究表明，从单独的金属颗粒及之后利用金属光栅，纳米天线阵列，光子晶体等微纳结构实现了荧光发光强度的增强。例如：Guzatov等人通过改变银纳米粒径直径大小来研究荧光强度的变化。当荧光分子与粒子距离约为5−7nm，且粒子直径在50 nm范围内的最大荧光增强超过50倍；Nikhil Ganesh等报道了二维光子晶体板表面胶体量子点的荧光发射增强。与纯玻璃相比，二维光子晶体的荧光增强高达108。但在这些结构中，荧光分子距离结构的距离小于一个波长。而在实际检测中，由于荧光分子距离结构具有随机性，且当荧光分子距离结构较远时，结构无法充分发挥它们的作用。因此，荧光的远场发射增强也开始被研究。例如金槽结构，但是荧光的发射较为分散，不利于收集。而Jiseok Lim等人通过将微透镜和金属通道结构结合使荧光发射增加，但荧光增强倍数不高，其灵敏度也不高。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可以实现荧光物质荧光定向远场发射的复合结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种实现荧光物质荧光定向远场发射的复合结构，包括玻璃基底，所述玻璃基底上镀有厚度大于等于100nm的金属膜，所述金属膜上方设置有半圆管，所述半圆管上方圆弧中心处设置有与半圆管外径紧密贴合的鱼尾形透镜），所述半圆管内填充有混有荧光物质的溶液。

所述半圆管的内径为2~2.5µm，厚度为0.5µm。

所述半圆管和鱼尾形透镜的折射率为1.4~2.5。

所述溶液的折射率为1.33~1.5。

所述溶液为生物溶液或聚合物的稀溶液。

所述鱼尾形透镜的厚度为0.5µm，向心角度为20~30度。

所述金属膜的材料为为金、银、铜或铝。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明构建了一种可以实现荧光物质荧光定向远场发射的复合结构。该结构将半圆管与鱼尾透镜结合在一起，当只有半圆管时，金属膜对光的强散射作用会使荧光从半圆管的各个方向散射出去；而光沿着高折射率物质传播，当在半圆管顶部放置鱼尾透镜时，一部分荧光被耦合到鱼尾透镜并会聚和散射到自由空间，从而实现荧光物质的荧光增强。与其他金属微纳结构相比，本发明实现了荧光物质荧光定向远场发射。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种实现荧光物质荧光定向远场发射的复合结构的正视图；

图2为图1的AA剖视图；

图3为本发明的对比结构2的结构示意图；

图4为本发明在波长为610nm时x-y平面的电场分布图；

图5为波长为610nm时本发明的对比结构1在x-y平面的电场分布图；