一种基于制造技术

本申请提供了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于Fano共振的薄膜传感器


[0001]本申请涉及纳米材料检测的
，尤其是涉及一种基于
Fano
共振的薄膜传感器
。

技术介绍

[0002]SPPs
即表面等离子激元，是一种区别于其他电磁波的特殊波，区别于其他磁波的主要特性是，其拥有在金属表面长达几十
nm
的传播特性，这在极大程度上促进了光学期间的纳米集成化
。SPPs
激发需要满足特定的条件，在反复的研究对比中，金属
‑
介质
‑
金属结构优势众多，基于该类型波导进一步构造了各种耦合结构
。
耦合过程光学现象众多，
Fano
由于透射谱曲线的尖锐性引起关注
。
进一步可知，
Fano
共振现象与中间介质的折射率变化关系极大，这得以为我们新型折射率传感提供了良好的选择
。
[0003]现在广泛应用的椭偏仪能够进行一定程度的薄膜厚度检测，以光学现象为基础原理，通过反射偏振的状态，但使用时环境要求高
。
尽管关于各种类型的薄膜厚度检测器已经持续发展了一段时间，但整体性能仍未达到较为理想的结果，在精度选取，成本低廉的情况下急需一种新型的纳米级别薄膜厚度传感器
。

技术实现思路

[0004]本申请针对现有的高精度薄膜厚度传感器灵敏度低，设备运转环境要求高等问题，提出了一种基于
Fano
共振的薄膜厚度传感器
。
[0005]为了实现上述目的，本申请采用了如下的技术方案：
[0006]一种基于
Fano
共振的薄膜传感器，所述传感器包括基底层和金属层，所述金属层设置在基底层的顶部，所述金属层的中下位置设置有均匀宽度的波导沟，所述波导沟带有左右对称的短波，所述金属层上设置有环形谐振腔，所述短波位于波导沟朝向环形谐振腔的一侧，所述环形谐振腔内接
Z
型结构，所述传感器除去
Z
型结构其余部分左右对称，所述
Z
型结构关于环形谐振腔的圆心中心对称
。
[0007]本申请进一步设置为，所述波导沟
、
短波
、
环形谐振腔和
Z
型结构的结构尺寸是可调节的
。
[0008]本申请进一步设置为，所述波导沟的宽度等于环形谐振腔内外圆的间距
。
[0009]本申请进一步设置为，所述
Z
型结构的长边穿过环形谐振腔的圆心，所述
Z
型结构的长边与波导沟呈
45
度夹角，所述
Z
型结构的两短边在长边两侧，且短边与长边垂直，所述
Z
型结构的两端过环形谐振腔平行于波导沟的直径
。
[0010]本申请进一步设置为，所述波导沟的宽度为
50nm
，所述短波的长度和宽度分别为
80nm
和
50nm
，两所述短波的距离为
300nm
，所述波导沟与环形谐振腔的耦合距离为
10nm
，所述环形谐振腔的外圆半径为
190
至
250nm
，所述环形谐振腔内外圆的间距为
50nm
，所述
Z
型结构的宽度为
50nm。
[0011]本申请进一步设置为，所述波导沟
、
短波和环形谐振腔内放入不同厚度的待检测
薄膜
。
[0012]本申请进一步设置为，所述基底层为由二氧化硅制成，所述金属层为由金属银制成
。
[0013]本申请进一步设置为，入射光为红外波段光
。
[0014]通过将红外波段光作为入射光，入射光进入波导沟后，由于金属
‑
介质
‑
金属结构可以激发
SPPs
，且可以在金属与介质交界面传播
。
传播过程中与内接
Z
型结构的环形谐振腔结构耦合，在内接
Z
型结构的环形谐振腔内部产生相应磁场，产生效果良好的
Faon
共振
。
由于不同厚度的薄膜的透射率不同，耦合结构产生
Faon
共振时出现了不同程度的偏移
。
[0015]本申请传感器的折射率以及入射光波长可以通过改变传感器的尺寸参数间接改变，从而更好更多的满足各种程度的检测
。
当双短波
、
波导沟及内接
Z
型结构的环形谐振腔中充满不同厚度的薄膜时，由于中间介质的变化，在纳米级别引起了尺寸效应，引起折射率的巨大变化，导致系统的谐振情况发生变化，从而被我们检测
。
[0016]本技术方案中，我们应首先得到不同厚度薄膜对应下对应的透射曲线波谷处的波长，绘制其曲线关系，拟合得到较为精确的函数关系式
。
当薄膜的厚度增加时，折射率必然增加，此时透射曲线整体右移明显，谐振波变长
。
[0017]在实际使用时，首先对传感器的结构尺寸定型，即确定波导沟
、
双短波和内接
Z
型结构的环形谐振腔几何尺寸，由于加入了不同厚度的薄膜，导致出现不同程度的耦合谐振现象，即
Fano
现象不同，之后通过频谱仪器进一步得到
Fano
波谷位置偏移距离，得到此时待检测薄膜的折射率，反过来推算薄膜的厚度
。
[0018]与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
[0019]本申请传感器由于双短波及内接
Z
型结构的环形谐振腔参数众多，大小可调，因此可以进一步扩大其检测范围，进一步应用于其他类型介质厚度的检测，如工业食品保护膜涂层厚度测量等等
。Spps
本身优点众多，应用其制造的传感器体积小，反应迅速，结合纳米技术制得的传感器，进一步可为纳米领域的检测提供有力工具
。
附图说明
[0020]图1为本申请的整体的结构示意图；
[0021]图2为本申请中改变环形谐振腔外径半径
R
的透射光谱曲线图；
[0022]图3为本申请中改变待检测介质的折射率
n
的透射光谱曲线图
。
[0023]图中：
1、
基底层；
2、
金属层；
3、
波导沟；
4、
短波；
5、
环形谐振腔
。
具体实施方式
[0024]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚
、
完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
Fano
共振的薄膜传感器，其特征在于，所述传感器包括基底层
(1)
和金属层
(2)
，所述金属层
(2)
设置在基底层
(1)
的顶部，所述金属层
(2)
的中下位置设置有均匀宽度的波导沟
(3)
，所述波导沟
(3)
带有左右对称的短波
(4)
，所述金属层
(2)
上设置有环形谐振腔
(5)
，所述短波
(4)
位于波导沟
(3)
朝向环形谐振腔
(5)
的一侧，所述环形谐振腔
(5)
内接
Z
型结构，所述传感器除去
Z
型结构其余部分左右对称，所述
Z
型结构关于环形谐振腔
(5)
的圆心中心对称；所述
Z
型结构的长边穿过环形谐振腔
(5)
的圆心，所述
Z
型结构的长边与波导沟
(3)
呈
30
‑
60
度夹角，所述
Z
型结构的两短边在长边两侧，且短边与长边垂直，所述
Z
型结构的两端过环形谐振腔
(5)
平行于波导沟
(3)
的直径
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
Fano
共振的薄膜传感器，其特征在于，所述波导沟
(3)、
短波
(4)、
环形谐振腔
(5)
和
Z
型结构的结构尺寸是可调节的
。3.
根据权利要求2所述的一种基于
Fano
共振的薄膜传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫树斌，王强，崔洋，陈辰，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：新型
国别省市：