[发明专利]一种基于超构材料的表面增强红外基底及其分子检测方法

权利要求书

1.一种基于超构材料的表面增强红外基底的分子检测方法，其中，红外基底依次设有支撑衬底、均匀表面等离激元薄膜和周期阵列；通过调控周期阵列的周期，该红外基底的均匀表面等离激元薄膜与电偶极子模式相互耦合，使得后者的谐振波长发生变化，近场电场强度发生增强；当待测分子吸附或制备于该红外基底时，通过外部红外光谱设备，即可测试得到该待测分子的表面增强红外吸收光谱，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：实验测试光谱获取，将待测分子吸附或制备于所述红外基底，采用外部红外光谱设备，获取实验测试的表面增强红外吸收光谱，并通过寻峰获取待测分子红外指纹信息；通过调控周期阵列的周期，获取多组实验测试光谱；

步骤2：理论仿真光谱获取，利用分子介电常数的洛伦兹函数及厚度对吸附了待测分子的红外基底，进行仿真计算，得到理论仿真光谱；其洛伦兹函数表达式为：

其中k为待测分子指纹的数量，ε_∞为分子介电常数的高频常数项，S_k为振子强度，ω_k为振子共振频率，γ_k为阻尼频率，ω为角频率；采用步骤1获取的一组红外指纹信息，作为洛伦兹函数中振子共振频率ω_k的初始解；

步骤3：评价函数构建，将实验测试光谱及理论仿真光谱，代入评价函数；所述评价函数由最小二乘法构建，表达式为：

其中，M和N分别表示所选取参与反演计算的光谱组数以及每组光谱的波长数量，i和j表示求和公式的变量，λ_ij表示在光谱上所选取的波长点，R_cij表示基于洛伦兹函数和分子厚度d对红外基底进行仿真计算所得到的理论仿真光谱，R_mij表示外部红外光谱设备测试所得到的实验测试光谱；

步骤4：反演求解，采用寻优算法，对所述步骤3中的评价函数进行反演求解；

步骤5：结果分析，通过恢复表面增强红外吸收光谱，对寻优算法返回结果进行分析，确定待测分子光学常数的洛伦兹函数表达式，以及分子薄膜的厚度。

2.如权利要求1所述一种基于超构材料的表面增强红外基底的分子检测方法，其特征在于，参与反演计算的光谱组数大于3×k+2，以便反演求解能够获得适定或者超定的结果。