[实用新型]布洛赫表面波激发器以及纳米颗粒光谱仪

说明书

本实用新型涉及基于纳米颗粒的布洛赫表面波激发器，其用于光谱仪，包括一玻璃基底以及排布在该玻璃基底上的布拉格反射单元，所述布拉格反射单元由高折射率介质层和低折射率介质层交替堆叠而成，其顶层为缺陷层，且所述顶层的表面设有纳米颗粒。本实用新型还提供了相应的光谱仪，本实用新型的布洛赫表面波激发器使得光谱仪的面内尺寸能够达到纳米级别，可以测量较小的光源信号。并且，本实用新型制备方法简单，成本低廉。另外，本实用新型的光谱仪在使用时，对入射光谱要求简单，对入射光谱偏振没有要求。同时，本实用新型只需要拍摄一次后焦面图，不仅操作简单，而且节省时间。

技术领域

本实用新型涉及光谱学技术领域，更具体地涉及一种布洛赫表面波激发器以及布洛赫表面波调制的纳米颗粒光谱仪。

背景技术

光谱学是工业过程和基础科学研究中应用最广泛的技术之一，其应用领域包括水质监测、土壤科学、矿物质检测、高光谱成像和医学疫苗研究等。光谱仪是用于光谱检测的设备，在使用过程中，要求光谱仪具备超紧凑、低成本和省时间的优点。传统的光栅光谱仪如图1所示，这种光谱仪对光子效率、分辨率和光谱范围均有限制，且其内部光学元件的尺寸较大，限制了光谱仪尺寸的缩减。因此，需要研制一种能够缩小至纳米尺寸的新的光谱仪。

表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)是存在于结构表面的一种局域性电磁波，对电磁场具有很好的约束能力，同时具有亚波长传播、局域场增强及对周围环境高度敏感等优势。并且，由于表面等离激元共振对周围分析物折射率的灵敏特性，其被广泛用于实验室测量生物分子之间的引力和动力分析。SPR的场增强作用已经应用于增强荧光或拉曼光谱，这是一种发展高灵敏度的实时光谱测量方法。然而，由于SPPs的波长分辨率较低，求解逆问题，即从纳米结构中直接获取入射光束的光谱、近场荧光和拉曼信号是非常困难的。

布洛赫表面波(Bloch Surface Wave，BSWs)可被看作SPPs的替代物，其存在于周期性高低折射率介质材料交替组成的多层介质膜与周围空气界面，是一种新型的基于全介质微纳结构的表面波。BSWs具有SPPs的场局域性优势，同时相比于SPPs，具有低损耗、TE和TM模式兼容、可在CMOS材料平台上制备、灵活的色散特性等优势，能激发BSWs的色散元件可应用于光谱仪中。目前，激发BSW常用的方式包括光栅散射法、不对称狭缝散射法和银纳米线散射法。采用光栅散射法激发BSW的元件散射效率高，但尺寸较大，不利于集成。采用不对称狭缝散射法激发BSW的元件可作为单向耦合器，但是其结构设计复杂，尺寸也相对较大。采用银纳米线散射法激发BSW的元件成本低廉，但其容易氧化而使得寿命较短、稳定性差，并且同样存在尺寸较大的问题。同时，上述三种元件在激发BSW时，均对入射光有一定要求，且这三种装置的制备方法均较为复杂，无法批量制备，成本较高。

实用新型内容

为解决上述现有技术中的，本实用新型提供一种布洛赫表面波激发器以及布洛赫表面波调制的纳米颗粒光谱仪，能够将光谱仪缩小至纳米尺寸。

一种基于纳米颗粒的布洛赫表面波激发器，其用于光谱仪，包括一玻璃基底以及排布在该玻璃基底上的布拉格反射单元，所述布拉格反射单元由高折射率介质层和低折射率介质层交替堆叠而成，其顶层为缺陷层，且所述顶层的表面设有纳米颗粒。

进一步地，所述纳米颗粒通过物理压碎法布设于所述顶层的表面。

优选地，所述纳米颗粒为Si纳米颗粒。

优选地，所述纳米颗粒的尺寸为94nm。

进一步地，所述顶层的材质与所述低折射率介质层的材质相同。

优选地，所述高折射率介质层的每一层的厚度均为88nm。

优选地，所述低折射率介质层的每一层的厚度均为105nm。