[发明专利]一种基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器

说明书

本发明公开了一种基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器，通过银作为衬底材料，在银的上部设置呈周期性阵列布置的矩形纳米腔，并填充乙醇作为温敏材料，从衬底上部入射的偏振光激发SPP和腔共振，使反射谱呈现出两个损耗峰。SPP波长对环境折射率变化非常灵敏，基于SPP波长与环境折射率变化的关系，可实现对环境折射率的测量。又因为所述矩形纳米腔填充了温敏材料，使得腔体的谐振波长随环境温度的变化而变化，基于腔谐振波长与环境温度的关系，可实现对环境温度的测量，解决了现有技术中的基于SPP的传感器无法同时测量折射率参数和温度参数的技术问题。

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，尤其涉及一种基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器。

背景技术

基于SPP(表面等离子体激元，Surface Plasmon Polaritons)的传感器在环境监测、医学诊断、生物化学等方面有着重要的应用，从上世纪80年代至今，世界上已有许多学者对基于表面等离激元的传感器的设计和研发作了大量研究，提出了各种新颖的传感器模型和优化传感性能的方法，但是就目前来看，具有不同纳米结构的金属表面会给倏逝SPP模带来比金属薄膜更大的辐射散射损失，较大的辐射损耗会导致SPP共振的半波全宽增大，从而限制了传感器的品质因数。另一方面，随着灵敏度的提高，复杂环境中一些不稳定的外部因素，例如温度波动会改变谐振波长的位置。现有的大部分SPP传感器只能测量折射率参数，不能同时测量温度参数，忽略了温度的影响，不能够给出完整的折射率信息，因此，当外界温度变化时会导致SPP传感器给出的折射率测量值出现偏差，从而无法给出准确的折射率测量结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器，旨在解决现有技术中的基于SPP的传感器无法同时测量折射率参数和温度参数的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器，包括衬底和温敏材料，所述衬底中开设有多个矩形纳米腔，所述矩形纳米腔呈阵列周期性布置，所述温敏材料填充在所述矩形纳米腔内。

其中，所述矩形纳米腔的长度值w为500nm，宽度值h2为300nm，所述矩形纳米腔的阵列周期P为1200nm。

其中，所述矩形纳米腔的上边距离所述衬底顶部的高度值h1为20nm，所述矩形纳米腔的下边距离所述衬底底部的高度值h3为500nm。

其中，所述基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器还包括入射光源，所述入射光源为TM偏振光，波长范围为800～1800nm，所述入射光源从所述衬底的上部入射。

其中，所述衬底为金属银，所述温敏材料为乙醇。

本发明的基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器，通过银作为衬底材料，在银的上部设置呈周期性阵列布置的矩形纳米腔，并填充乙醇作为温敏材料，从衬底上部入射的偏振光激发SPP和腔共振，使反射谱呈现出两个损耗峰，SPP波长对环境折射率变化非常灵敏，基于SPP波长与环境折射率变化的关系，可实现对环境折射率的测量。又因为所述矩形纳米腔填充了温敏材料，使得腔体的谐振波长随环境温度的变化而变化，基于腔谐振波长与环境温度的关系，可实现对环境温度的测量，解决了现有技术中的基于SPP的传感器无法同时测量折射率参数和温度参数的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的基于SPP和腔谐振的超窄带等离子体传感器的结构示意图。

图2是本发明的实施例的反射谱比较图。

图3是本发明的实施例的温度传感特性分析图。