一种高灵敏度人工等离激元传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种高灵敏度人工等离激元传感器，特别是一种具有有毒有害气体检测，生物病毒检测等领域用的高灵敏度传感器。包括介质基板、金属微带及金属地，所述介质基上设有微带波导结构，所述金属地设置于金属微带的背面，所述介质基板设置于金属微带与金属地之间，所述的金属微带与一人工表面等离激元段连接，所述的人工表面等离激元段上设置有周期排列的方槽，所述的人工表面等离激元段两侧镜设置有局域型人工等离激元体，所述局域型人工等离激元体上有周期对称排列的扇形凹槽，所述金属地上铺设待测介质薄膜。本发明专利技术用于有毒有害气体及生物病毒的检测，本发明专利技术具有体积小、功耗低、检测灵敏度高，抗外界干扰能力强，易于高度集成的优点。

A high sensitivity artificial plasmon sensor

The invention relates to a high sensitivity artificial plasmon sensor, in particular to a high sensitivity sensor for the fields of toxic and harmful gas detection, biological virus detection, etc. Including a dielectric substrate, a metal microstrip and a metal ground, the dielectric substrate is provided with a microstrip waveguide structure, the metal ground is arranged on the back of the metal microstrip, the dielectric substrate is arranged between the metal microstrip and the metal ground, the metal microstrip is connected with an artificial surface plasmon section, the artificial surface plasmon section is provided with a periodically arranged square groove, and the human The mirror on both sides of the work surface plasmon section is provided with a local artificial plasmon body, the local artificial plasmon body is provided with a fan-shaped groove arranged periodically and symmetrically, and the metal ground is paved with a dielectric film to be measured. The invention is used for the detection of toxic and harmful gases and biological viruses. The invention has the advantages of small volume, low power consumption, high detection sensitivity, strong anti-interference ability and easy to highly integrate.

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度人工等离激元传感器
本专利技术涉及一种高灵敏度人工等离激元传感器，特别是一种具有有毒有害气体检测，生物病毒检测等领域用的高灵敏度传感器。
技术介绍
当今物联网时代，对各类高灵敏度传感器的需求量迅猛增长。这其中，等离激元结构在传感器中由于具有局域电磁场增加、放大消逝场、慢波等特殊性质，因此能够改善传统传感器的低灵敏度和分辨率的现状，而且其体积小，有利于器件的集成化和小型化；它一般不改变检测物体的化学属性，具有无损检测、处理方式简单及耗时短、检测成本低等诸多优势。然而，等离激元结构传感器的灵敏度及设计制造工艺复杂性仍是影响其实用的关键因素。目前提出的相关传感器的研究模型，由于其复杂设计理念和制造工艺，以及较低的Q值和灵敏度，使得该类传感器仍然无法应用于实际的生产生活中。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足之处，本专利技术旨在提供一种高灵敏度人工等离激元传感器，本专利技术具有体积小、功耗低、检测灵敏度高，抗外界干扰能力强，易于高度集成的优点。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种高灵敏度人工等离激元传感器，包括介质基板、金属微带及金属地，所述介质基上设有微带波导结构，所述金属地设置于金属微带的背面，所述介质基板设置于金属微带与金属地之间，所述的金属微带与一人工表面等离激元段连接，所述的人工表面等离激元段上设置有周期排列的方槽，所述的人工表面等离激元段两侧镜设置有局域型人工等离激元体，所述局域型人工等离激元体上有周期对称排列的扇形凹槽，所述金属地上铺设待测介质薄膜。优选的，所述的方槽的边长为0.05～1.0mm，方槽的周期为0.1～2.0mm。优选的，所述局域型人工等离激元体的整体呈椭圆形，由椭圆曲线构成，其椭圆曲线满足X2/a2+Y2/b2=1方程的曲线；其中a，b为椭圆长轴、短轴半径参数，a的取值范围为1～16，b的取值范围为0.8～14。优选的，所述扇形凹槽的中心角取值范围为5°～25°。优选的，所述局域型人工等离激元体与金属微带之间有间隙，所述间隙的取值范围为0.03～1.0mm。优选的，所述局域型人工等离激元体的下部被金属微带的间隙截去，增加局域型人工等离激元体与金属微带的耦合长度。优选的，所述截去的尺寸为0~1.0mm。一种高灵敏度人工等离激元传感器，所述高灵敏度人工等离激元传感器用于有毒有害气体及生物病毒的检测。与现有技术相比，本专利技术在人工表面等离激元段两侧镜像设置局域型人工等离激元体，其上有周期对称排列的扇形凹槽。通过该结构，实现了电磁场通过人工表面等离激元段耦合到局域型人工等离激元体中，并高度局域化，其谐振频率可以随着上层覆盖的介质膜的介电常数的变化而线性变化，从而可以实现对介电常数的精准测试，也就实现了对介质膜吸附的有毒有害气体或生物病毒的精准探测。而且，高度局域化的电磁场还能有效避免外界电磁场对传感器探测精度的干扰；经过实验证明，局域型人工等离激元体呈椭圆结构，且由椭圆曲线构成，所述椭圆曲线满足X2/a2+Y2/b2=1方程；其中a，b为椭圆长轴、短轴半径参数，a的取值范围为1～16，b的取值为范围为0.8～14；扇形凹槽的中心角取值为5°～25°；局域型人工等离激元体与金属微带之间有间缝隙，其间隙的取值范围为0.03～1.0mm。局域型人工等离激元体下部有一部分被金属微带与局域型人工等离激元体的间隙截去，以增加其与金属微带的耦合长度，截掉的尺寸为0~1.0mm，实现的探测线性度最好，灵敏度最高。而且，本专利技术通过电磁场高度被束缚在人工等离激元体周围，从而大大降低了外界电磁信号对传感器探测灵敏度和线性度的干扰，不仅如此，本专利技术的平面化电路结构还能实现与其他微波电路的集成，以实现传感器的小型化，因而能更好地适应当今物联网技术的发展。本专利技术还能通过调节局域型人工等离激元体上的周期对称排列的扇形凹槽的几何尺寸来调控电磁波的束缚效果，以及其谐振频率、线性度和灵敏度等参数，经过大量试验后证明，当扇形凹槽的中心角取值为5°～25°时，局域型人工等离激元体对电磁场具有很好的束缚效果。附图说明图1是本专利技术的正面结构示意图；图2是本专利技术的侧面结构示意图；图3是本专利技术的S参数曲线图；图4是本专利技术的谐振频点随介电常数的变化关系图；图5是本专利技术的谐振频点与介电常数变化间的线性关系图；图6是本专利技术工作于6GHz时的垂直表面电场分布图；图7是本专利技术工作于10.96GHz时的垂直表面电场分布。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1-2所示，本专利技术的一种高灵敏度人工等离激元传感器，其特征在于：包括介质基板1、金属微带2及金属地7，所述介质基板1上设有微带波导结构，所述金属地7设置于金属微带2的背面，所述介质基板1设置于金属微带2与金属地7之间，所述的金属微带2与一人工表面等离激元段6连接，所述的人工表面等离激元段6上设置有周期排列的方槽5，所述的人工表面等离激元段6两侧镜设置有局域型人工等离激元体4，所述局域型人工等离激元体4上有周期对称排列的扇形凹槽3，所述金属地7上铺设待测介质薄膜8。其中，所述的方槽5的边长为0.05～1.0mm，方槽5的周期为0.1～2.0mm。其中，所述局域型人工等离激元体4的整体呈椭圆形，由椭圆曲线构成，其椭圆曲线满足X2/a2+Y2/b2=1方程的曲线；其中a，b为椭圆长轴、短轴半径参数，a的取值范围为1～16，b的取值范围为0.8～14。其中，所述扇形凹槽3的中心角取值范围为5°～25°。其中，所述局域型人工等离激元体4与金属微带2之间有间隙，所述间隙的取值范围为0.03～1.0mm。其中，所述局域型人工等离激元体4的下部被金属微带2的间隙截去，增加局域型人工等离激元体4与金属微带2的耦合长度。其中，所述截去的尺寸为0~1.0mm。一种高灵敏度人工等离激元传感器的用途，所述高灵敏度人工等离激元传感器用于有毒有害气体及生物病毒的检测。本专利技术的工作原理：本专利技术在人工表面等离激元段6两侧镜像设置局域型人工等离激元体4，其上有周期对称排列的扇形凹槽3。通过该结构，实现了电磁场通过人工表面等离激元段6耦合到局域型人工等离激元体4中，并高度局域化，其谐振频率可以随着上层覆盖的介质膜的介电常数的变化而线性变化，从而可以实现对介电常数的精准测试，也就实现了对介质膜吸附的有毒有害气体或生物病毒的精准探测。局域型人工等离激元体4的下部有一部分被金属微带2的缝隙截去，以增加其与金属微带2的耦合长度，实现的探测线性度最好，灵敏度最高。而且，本专利技术通过电磁场高度被束缚在人工等离激元体4周围，高度局域化的电磁场能有效避免外界电磁场对传感器探测精度、探测灵敏度和线性度的干扰。为了更好地证明本专利技术的有益效果，进行了如下实验：设计一个具有中心角为10o扇形凹槽3的局域型人工等离激元体4的传感器样品，样品的各部分参数如表1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏度人工等离激元传感器，其特征在于：包括介质基板（1）、金属微带（2）及金属地（7），所述介质基板（1）上设有微带波导结构，所述金属地（7）设置于金属微带（2）的背面，所述介质基板（1）设置于金属微带（2）与金属地（7）之间，所述的金属微带（2）与一人工表面等离激元段（6）连接，所述的人工表面等离激元段（6）上设置有周期排列的方槽（5），所述的人工表面等离激元段（6）两侧镜设置有局域型人工等离激元体（4），所述局域型人工等离激元体（4）上有周期对称排列的扇形凹槽（3），所述金属地（7）上铺设待测介质薄膜（8）。/n

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度人工等离激元传感器，其特征在于：包括介质基板（1）、金属微带（2）及金属地（7），所述介质基板（1）上设有微带波导结构，所述金属地（7）设置于金属微带（2）的背面，所述介质基板（1）设置于金属微带（2）与金属地（7）之间，所述的金属微带（2）与一人工表面等离激元段（6）连接，所述的人工表面等离激元段（6）上设置有周期排列的方槽（5），所述的人工表面等离激元段（6）两侧镜设置有局域型人工等离激元体（4），所述局域型人工等离激元体（4）上有周期对称排列的扇形凹槽（3），所述金属地（7）上铺设待测介质薄膜（8）。


2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度人工等离激元传感器，其特征在于：所述的方槽（5）的边长为0.05～1.0mm，方槽（5）的周期为0.1～2.0mm。


3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度人工等离激元传感器，其特征在于：所述局域型人工等离激元体（4）的整体呈椭圆形，由椭圆曲线构成，其椭圆曲线满足X2/a2+Y2/b2=1方程的曲线；其中a，b...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗子江，倪照风，崔潇，
申请(专利权)人：贵州财经大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52