[发明专利]一种基于表面等离激元共振单元的偏振传感器及传感方法

说明书

本发明公开了一种基于表面等离激元共振单元的偏振传感器及传感方法。该偏振传感器包括衬底和由表面等离激元共振单元构成的阵列，表面等离激元共振单元围绕阵列中心形成一圈或者多圈的同心圆；在同一个圆周上，等离激元共振单元的共振波长相同，且共振单元在360°的范围内均匀分布；对于多圈的同心圆阵列，从阵列内圈到外圈，等离激元共振单元的共振波长呈等差数列逐渐增大或减小。这种传感器通过成像设备来探测在单色偏振光照射下，传感器上等离激元共振单元阵列中发生共振的单元的位置，来实现入射光偏振方向的传感。本发明具有探测技术简单直观，灵敏度高且稳定性好，所需检测设备成本低等优点。

技术领域

本发明属于光学传感器领域，具体涉及一种基于表面等离激元共振单元的偏振传感器及其传感方法。

背景技术

手性化合物是指分子量、分子结构相同，但左右排列相反，如实物与其镜中的一对对映体化合物。近年来，人们发现化合物的一对对映体在生物体内的代谢特性，药理活性和毒性等存在显著的差异。例如：20世纪60年代一种称为反应停的手性药物(一种孕妇使用的镇定剂，已被禁用)上市后导致1.2万名婴儿的生理缺陷，因为反应停的对映体化合物具有致畸性。因此，在生物医药等领域，手性有机化合物分子的探测和分辨就显得尤为重要了。

通常手性物质的鉴别是通过旋光仪来实现的。它是通过探测线偏振单色光穿过一定光程和浓度的待测物质后，线偏振光偏振方向的变化方向和角度来实现手性物质的探测分析。旋光仪通常结构复杂，造价昂贵，且不易于携带，这就使得它无法在诸如在线环境监测，临床诊断等非标准分析实验室环境应用。因此，设计一种携带方便式的、操作容易的、高灵敏度的光学偏振探测设备在这些应用领域就显得十分必要了。

发明内容

鉴于以上现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种基于表面等离激元共振单元的偏振传感器，该传感器的结构简单，可以通过简便的方法就能实现高灵敏度的偏振传感。本发明的另外一个目的是提供利用该传感器的传感方法，无需复杂的光谱设备和光路设计。

为实现上述目的，本发明偏振传感器采取的技术方案为：

一种基于表面等离激元共振单元的偏振传感器，包括衬底和由表面等离激元共振单元构成的阵列，表面等离激元共振单元围绕阵列中心形成一圈或者多圈的同心圆；在同一个圆周上，等离激元共振单元的共振波长相同，且共振单元在360°的范围内均匀分布；对于多圈的同心圆阵列，从阵列内圈到外圈，等离激元共振单元的共振波长呈等差数列逐渐增大或减小。

进一步地，所述表面等离激元共振单元为长方形或者椭圆形，其长轴方向沿同心圆的径向。共振单元采用凸块或者孔洞结构。

优选地，所述阵列的周期为50～10000纳米。所述表面等离激元共振单元的尺寸范围为10～10000纳米，厚度为10～1000纳米。所述阵列的材料为金属或者半导体。

本发明实现偏振传感的技术原理：本发明的传感器由于表面等离激元共振单元阵列的特殊对称设计，当在一定波长的线偏振单色光照射下，表面等离激元共振单元阵列与入射的偏振单色光发生共振的共振单元会在图像中呈现出较周围更亮或更暗的两个点，而这两个点之间的直线方向就是入射线偏振光的偏振方向。

本发明偏振传感器的制备方法包括以下步骤：

(1)利用薄膜沉积技术在平整衬底表面沉积一层纳米级厚度用于制备等离激元共振单元材料。薄膜沉积技术可以是电子束蒸发沉积，旋转涂覆技术，离子溅射薄膜沉积技术，原子层薄膜沉积技术，自组装技术等。

(2)再利用图案化技术在材料层上制备聚合物材料的特殊设计的纳米单元阵列图案。纳米图案化技术可以是电子束光刻技术，纳米压印技术，干涉光刻技术，相分离技术，自组装技术等。