[发明专利]一种基于非对称纳米结构完美吸收体的折射率传感器、传感测试装置及方法

说明书

本发明提供一种基于非对称纳米结构完美吸收体的折射率传感器、传感测试装置及方法。本发明折射率传感器，包括基底、金膜、间隔层、纳米弯月阵列；金膜蒸镀在基底上，用于消除透射；间隔层设置在金膜上，用于间隔金膜与纳米弯月阵列；纳米弯月阵列设置在间隔层上，当光照射与纳米弯月阵列发生共振时，激发局域表面等离激元共振偶极模或高阶模。本发明通过控制改变入射光的偏振，利用非对称纳米弯月完美吸收体选择性的激发出不同的高阶局域表面等离激元共振模，该类高阶等离激元模式具有较小的辐射，并且由完美吸收的性质使折射率传感器利用了日常生活中不可避免的损耗，降低了透射使其有较高的吸收，以获得窄带光谱提高传感器件检测灵敏度的目的。

技术领域

本发明涉及微纳传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于非对称纳米结构完美吸收体的折射率传感器、传感测试装置及方法。

背景技术

随着现代信息技术的向前发展，器件的微型化、高度集成化是这一技术进步的必然要求。然而基于介质材料的纳米结构与光子的作用难以突破衍射极限的限制，所以如何获得突破衍射极限的各种纳米器件是这一研究的重点。

局域表面等离激元(Localized surface plasmon,LSP)，是亚波长金属结构内自由电子与入射的电磁场之间的相互作用，当自由电子与光场发生共振时就产生了局域表面等离激元，它在光谱范围内表现出了强烈的吸收和散射的特性，由此表现出了许多新颖的物理学性质。利用表面等离激元的局域特性，可以突破传统光学中所不能克服的衍射极限，实现纳米尺度上对光的操控。

折射率是各种材料的本征特性，是可以进行物质之间检测的一个重要参数。目前常见的光学折射率传感器有：光纤传感器，基于金属材料的传播型等离激元传感器，基于金属材料的局域型等离子激元传感器，基于介质的传播型光学传感器，基于介质的局域型光学传感器。由于传统的光纤传感器传感精度低、稳定性差等缺点，不能很好的满足实际需要，而基于等离激元传感器的尺寸小，功耗低，稳定性好等优点，已经引起了人们的重视。

发明内容

根据上述提出的技术问题，本发明提供一种基于非对称纳米结构完美吸收体的折射率传感器、传感测试装置及方法。本发明通过控制改变入射光的偏振，利用非对称纳米弯月完美吸收体选择性的激发出不同的高阶局域表面等离激元共振模，该类高阶等离激元模式具有较小的辐射，并且由完美吸收的性质使折射率传感器利用了日常生活中不可避免的损耗，降低了透射使其有较高的吸收，以获得窄带光谱提高传感器件检测灵敏度的目的。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于非对称纳米结构完美吸收体的折射率传感器，包括：基底、金膜、间隔层、纳米弯月阵列；其中：

所述金膜，蒸镀在所述基底上，用于消除透射；

所述间隔层，设置在所述金膜上，用于间隔所述金膜与所述纳米弯月阵列；

所述纳米弯月阵列，设置在所述间隔层上，当光照射与纳米弯月阵列发生共振时，激发局域表面等离激元共振偶极模或高阶模。

进一步地，所述纳米弯月阵列呈周期性非对称排布，且周期可任意选择。

进一步地，所述纳米弯月阵列中的纳米弯月的材料、内圆直径、内径和外径差以及纳米弯月尖端的圆切半径均具备选择性，能够选择性地感应出不同的高阶等离激元共振模式，并且能实现极窄带宽、极强电磁场增强的高阶等离激元的激发。

进一步地，所述纳米弯月的材料采用折射率为负的贵金属，包括但不限于金、银、铂、铝中的一种或多种。

进一步地，所述金膜的厚度为50～150nm；所述间隔层厚度为20～100nm；所述纳米弯月的厚度为40～100nm。

进一步地，所述间隔层为绝缘体或半导体，包括但不限于SiO₂、MgF2。