[发明专利]一种用于fano共振的耦合装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，具体涉及一种基于fano共振进行物质浓度检测的装置。

背景技术

随着现代测试技术的进步，在系统运行过程中不仅要能进行在线动态测量、实时监测处理，而且要求器件几何尺寸尽量变小。但受衍射极限限制的传统光学器件尺寸限制了集成光学的快速发展。而fano共振可以突破衍射极限，实现纳米尺度的光学和光电子器件。表面等离子体波是一种在金属/电介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，它是沿着金属/电介质表面传播的表面电磁波，具有近场增强、表面受限、短波长等独特的特性，相应产生的表面等离子效应如透射增强现象、聚束效应、共振增强效应等在纳米光子学的研究中扮演着重要角色。

表面等离子波和波导耦合可以产生 fano共振。基于fano共振的传感器，是基于SPR的传感器但比传统的SPR传感器具有更高的灵敏度，且同样具有检测过程快捷、能够获得实时数据、操作方便、无须标记的优点。现有基于fano共振的传感器，通过棱镜表面镀有银膜，通过P偏振光在银膜/棱镜界面上的发生fano共振，通过待测物质对界面的fano共振影响，进行浓度检测。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够进一步提高液体浓度测定灵敏度的装置。

上述目的，本发明提供了一种用于fano共振的耦合装置，该耦合装置采用镀有金属膜的棱镜，棱镜上镀有的金属膜从内至外依次为Ag膜、Al₂O₃膜、SiO₂膜和ZrO₂膜。

Ag膜的厚度为0.04nm；Al₂O₃膜的厚度为0.01nm；SiO₂膜的厚度为0.8nm；ZrO₂膜的厚度为0.12nm。

棱镜采用SF11棱镜，呈等边三棱柱，边长为3cm。

本发明还提供了上述耦合装置在制备液体传感器上的应用，该传感器包括：

激光发射装置，产生P偏振光，分成两束射出；

耦合平台，放置所述液体进样装置；

液体进样装置，内置所述耦合装置；其中一束P偏振光进入进样装置，经耦合装置产生fano共振，发出反射光信号；

信号采集和处理装置，分别接收另一束P偏振光和经耦合装置的反射光，转换成电信号后进行分析处理。

上述激光发射装置包括激光器、扩束镜、偏振片、半波片、分束镜；激光器发射激光依次经扩束镜、偏振片、半波片和分束镜形成两束P偏振光，分别进入信号采集和处理装置、耦合平台。

其中，激光器采用632.8nm的 He-Ne激光器；扩束镜采用GBE10-A；偏振片采用LPVISB05；半波片采用WPH10E-633；分束镜采用BSN04。

耦合平台包括转动平台R1、转动平台R2；信号采集和处理装置包括控制装置和两组信号采集装置；每组信号采集装置分别包括会聚镜、光电探测器和AD采集卡；入射的光信号依次通过会聚镜、光电探测器进入AD采集卡；转动平台R1上放置进样装置；转动平台R2上放置其中一组信号采集装置；控制装置分别与各组信号采集装置中的AD采集卡相连。

转动平台R1、转动平台R2的转轴位于同一直线上；；转动平台R2设置在转动平台R1上方；转动平台R1向外延伸设有转臂；其中一组信号采集装置设置在转动平台R1的转臂上。

耦合平台还包括平台支架；平台支架包括主支架和垂直于主支架上下平行设置的两层台阶面；转动平台R2、转动平台R1为电动转盘，依次设于上、下两层台阶面处，且转轴位于同一直线上；所述控制装置通过电机控制器分别与两个转动平台相连。

液体进样装置采用样品池。

本发明相比现有技术具有以下优点：

本发明耦合装置采用表面等离子体结构Ag/Al₂O₃作为界面，为表面等离子体波存在提供条件，同时利用波导结构SiO₂膜产生波导；Al₂O₃使Ag膜层和SiO₂膜层容易粘附并且增强共振效应；并增加ZrO₂膜进一步增强共振效应。使得耦合装置整体对液体浓度的变化更加灵敏。

本发明利用耦合装置制备得到的液体传感器，基于fano共振，精度高，采集速度快，时间分辨率高，同时装置结构紧凑、易于控制和调节，稳定性高。本发明液体传感器具有很高的灵敏度，灵敏度可达22°/RIU。

附图说明