[发明专利]基于表面等离激元激光的折射率传感器及探测系统和方法

权利要求书

1.一种基于表面等离激元激光的折射率传感器，其特征在于，所述折射率传感器包括：金属层和增益介质层；其中，所述增益介质层形成在金属层上；在增益介质层和金属层的界面上形成表面等离激元模式，此模式在其传播方向遇到增益介质层的边界时获得光学反馈限制从而形成表面等离激元激光腔；待测液体覆盖在增益介质层上；激发光经过待测液体入射至增益介质层，增益介质层在激发光的泵浦下产生受激辐射，经由激光腔反馈放大产生表面等离激元激光，该表面等离激元激光的波长和强度与待测液体的折射率有关。

2.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述折射率传感器布置在衬底上。

3.如权利要求2所述的折射率传感器，其特征在于，所述衬底为硅、二氧化硅或蓝宝石。

4.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述金属层为金、银和铝其中之一。

5.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述金属层的厚度大于10nm。

6.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述增益介质的厚度为20nm～400nm。

7.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述折射率传感器还包括设置在所述金属层和增益介质层之间的绝缘介质层。

8.如权利要求7所述的折射率传感器，其特征在于，所述绝缘介质层为二氟化镁、氟化锂、三氧化二铝和二氧化硅其中之一。

9.如权利要求7所述的折射率传感器，其特征在于，所述绝缘介质层的厚度为0.1nm至50nm。

10.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述增益介质层由发光半导体或者掺有激光染料分子的介质形成。

11.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述增益介质层为线形、带形、多边形和圆形其中之一，以形成激光腔。

12.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述折射率传感器在波长检测时具有灵敏度S_λ＝Δλ/Δn和品质因子其中Δλ为所述表面等离激元激光的波长变化，Δn为所述待测液体的折射率变化，以及FWHM为所述表面等离激元激光的峰的半高全宽。

13.如权利要求1所述的折射率传感器，其特征在于，所述折射率传感器在强度检测时具有灵敏度S_I＝ΔI(λ)/Δn(λ)和品质因子其中ΔI(λ)为所述表面等离激元激光的峰的强度变化，Δn(λ)为所述待测液体的折射率变化，以及I(λ)为所述表面等离激元激光的峰的强度。

14.一种基于表面等离激元激光的折射率探测系统，其特征在于，所述折射率探测系统包括：折射率传感器、激发光源、用于激发和收集信号的光路和光学探测器；其中，折射率传感器包括金属层和增益介质层；增益介质层形成在金属层上；在增益介质层和金属层的界面上形成表面等离激元模式，此模式在其传播方向遇到增益介质层的边界时获得光学反馈限制从而形成表面等离激元激光腔；待测液体覆盖在增益介质层上；激发光源经过待测液体入射至增益介质层，增益介质层在激发光的泵浦下产生受激辐射，经由激光腔反馈放大产生表面等离激元激光，该表面等离激元激光的波长和强度与待测液体的折射率有关；表面等离激元激光被收集信号的光路引入光学探测器；光学探测器测量表面等离激元激光的波长和强度，通过与标准样品的波长和强度进行比较，计算得到待测液体的折射率。