[发明专利]一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器

权利要求书

1.一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，该传感器包括金属圆环(1)、金属光栅(2)、梯形连接金属块(3)、馈电金属弧(4)、五十欧姆微带线(5)、信号焊盘(6)、第一接地焊盘(7)和第二接地焊盘(8)、光刻胶(9)、衬底(10)和金属层(11)；其中，金属圆环(1)位于所述传感器的中部，在金属圆环(1)内侧设置有金属光栅(2)，金属光栅(2)的外端与金属圆环(1)内侧连接，金属光栅(2)内端通过梯形连接金属块(3)两两连接在一起；在金属圆环(1)外的左右两侧对称分布有馈电金属弧(4)，馈电金属弧(4)通过五十欧姆微带线(5)与信号焊盘(6)连接；第一接地焊盘(7)和第二接地焊盘(8)分别位于信号焊盘(6)的两旁并穿过光刻胶(9)、衬底(10)与金属层(11)连接；

在层面结构上，金属圆环(1)、金属光栅(2)、梯形连接金属块(3)、馈电金属弧(4)、五十欧姆微带线(5)、信号焊盘(6)设置在光刻胶(9)上部，光刻胶(9)下部设置有衬底(10)，衬底(10)下部设置有金属层(11)，金属层(11)作为覆盖整个结构背面的金属结构地；

所述金属光栅(2)的内端向圆心方向延伸，沿金属圆环(1)的内圆周呈周期排列；

所述梯形连接金属块(3)间隔连接在相邻的两个金属光栅(2)之间，将两个相邻的金属光栅(2)的内端连接起来，使得在金属圆环(1)内测、相邻的两个金属光栅(2)、梯形连接金属块(3)之间形成一个梯形孔；

所述馈电金属弧(4)位于金属圆环(1)外侧且留有一段空隙，馈电金属弧(4)的圆弧与金属圆环(1)的外圆周对应。

2.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，所述馈电金属弧(4)外侧的五十欧姆微带线(5)，其长度方向沿金属圆环(1)直径方向设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，所述金属圆环(1)、金属光栅(2)和梯形连接金属块(3)，通过缩小金属圆环(1)的直径、减小金属光栅(2)的长度，使得谐振频率增加；通过增大金属圆环(1)、金属光栅(2)和梯形连接金属块(3)之间的梯形孔面积，提高谐振强度与谐振Q值。

4.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，所述的金属圆环(1)、金属光栅(2)、梯形连接金属块(3)和馈电金属弧(4)，在其上表面放置待测样品(12)，所述的待测样品(12)介电常数的变化，能使谐振模式的频点发生偏移，从而计算出所述谐振式传感器对于待测样品改变的灵敏度S(f)以及灵敏值FoM；其中其中Δf为谐振频点频率偏移量，Δn为折射率变化，折射率ε为样品介电常数，Δf_3dB为谐振峰3dB带宽的Δf。

5.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，所述五十欧姆微带线(5)，其末端有一段宽度通过折线渐变过渡，直到与信号焊盘(6)宽度相同，连接在一起。

6.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，所述馈电金属弧(4)，改变其长度、宽度以及与金属圆环(1)的间距，调节馈电效率，从而调控谐振模式的谐振强度和谐振品质因数。

7.根据权利要求1所述的一种基于人工表面等离激元的片上谐振式传感器，其特征在于，所述第一接地焊盘(7)和第二接地焊盘(8)为金属柱状结构，与信号焊盘(6)之间分别有一段空隙，第一接地焊盘(7)和第二接地焊盘(8)的上表面与信号焊盘(6)上表面平齐，下表面与金属层(11)连接在一起。