[发明专利]基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器

说明书

本发明涉及一种基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器。目前，传统的温度计包括热电偶温度计、热电阻温度计、半导体温度计、电容温度计等等，然而，这些温度计在使用过程中有一个共同点就是需要将温度计与被测物直接接触，通过热传导实现二者之间的热平衡来达到测温目的。基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器，其包括980nm激光器(1)、设置在980nm激光器(1)后的光栅(2)和设置在光栅(2)后面的温控箱(4)，温控箱(4)内包含稀土纳米粒子与表面等离子激元结构的波导(3)，稀土纳米粒子与表面等离子激元结构的波导(3)的矩形腔分别与光栅(2)和光谱仪(5)通过单模光纤(6)耦合连接。

技术领域

本发明涉及微纳温度测量传感器。温度测量的灵敏度决定温度测量的精度，温度测量的核心部分为温度传感器。

背景技术

温度是一个非常基本的热力学状态参数，其测量在工业生产、科学研究、生命医学乃至人们的日常生活中都有着极其重要的地位。传统的温度计包括热电偶温度计、热电阻温度计、半导体温度计、电容温度计、热噪声温度计等等。然而，这些温度计在使用过程中有一个共同点就是需要将温度计与被测物直接接触，通过热传导实现二者之间的热平衡来达到测温目的，我们将其称为热接触式温度探测。在科技迅速发展的今天，无论是科学研究、工业生产还是生命医学，对温度的控制和测量都提出了更高更复杂的要求。在很多情况下，此类温度计根本无法满足测量需求。例如，在腐蚀性环境、电磁干扰环境下的温度测量，微小电子元器件、细胞、快速移动物体的温度测量等。因此，发展具有较高的空间和温度分辨率并且能够实现快速响应的非接触式温度传感器具有非常重要的现实意义。随着器件小型化的发展，微纳结构器件起着至关重要的作用。随着纳米技术的发展，表面等离子体激元(SPP)得到了迅猛的发展。表面等离子体激元具有可突破衍射极限限制的优势，被认为是实现新一代集成纳米光子器件的有效载体之一，是纳米光子学的重要组成部分。稀土荧光材料对于光电器件有着重要的作用，温度传感的领域中，稀土荧光测温具有明显的优势：(1)物体的非破坏性；(2)精确度高；(3)能够在强电磁场环境下测量。目前主要是利用荧光强度比这种技术来测量环境温度，这种方法不仅方便快捷，对环境没有污染，而且测量误差小，可重复性高。金属-稀土纳米粒子-金属结构的表面等离也可以很好的应用到温度传感中，与传统的温度传感器相比其优点为尺寸小、易集成、灵敏度高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高灵敏度的微纳温度传感器。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器，其特征在于：其包括980nm激光器(1)、设置在所述980nm激光器(1) 后的光栅(2)和设置在所述光栅后面的温控箱(4)，所述的温控箱 (4)内包含稀土纳米粒子与表面等离子激元结构的波导(3)，所述的稀土纳米粒子与表面等离子激元结构的波导(3)的矩形腔分别与所述的光栅(2)和所述光谱仪(5)通过单模光纤(6)耦合连接。

所述的基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器，所述的980nm激光器(1)与光栅之(2)间通过单模光纤(6)连接。

所述的基于稀土纳米粒子与表面等离子体激元构成的微纳温度传感器，所述的稀土纳米粒子与表面等离子激元结构的波导(3)由二氧化硅基底、金属金上刻蚀的矩形腔和环形腔构成，并在其腔内均匀放置稀土纳米粒子。

采用上述技术方案所产生的效果在于：