[发明专利]用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构

说明书

本发明涉及一种用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构，该共振结构包括纳米金属圆盘阵列、光学透明介质薄膜层、金属薄膜层，其中所述光学透明介质薄膜层位于纳米金属圆盘阵列及金属薄膜层之间。本发明的共振结构具有多维度结构参数可调的优点，通过合理的选择结构参数可以同时在两个目标波长处实现具有较高增强因子的光场增强。该特性使该结构可以同时增强目标双光子荧光物质的激发效率与发射效率，实现双光子荧光强度的匹配增强。该共振结构的制备方法工艺简便，只需要传统的纳米压印工艺与薄膜蒸镀工艺，重复性好，便于应用。

技术领域

本发明涉及一种金属等离激元共振结构及其制备方法，特别涉及一种用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构。

技术背景

金属表面等离子体波是一种物理光学现象，是光照射在金属电介质界面上激发起金属表面电子的集体振荡。由于其检测过程快捷、能够获得实时数据、操作方便、无须标记和可保持分子的生物活性等特点，基于金属表面等离子共振原理的传感器在生命科学和制药领域获得广泛研究与应用，目前已逐渐渗透到化学、化工、材料、食品、环境和国防等研究领域，特别是在免疫检测、环境监测、材料表面及界面的吸附性质和电化学聚合等方面得到了很好的应用。金属表面等离子共振器件可以对结构附近的光场实现多个数量级的局域场增强，其可以实现对荧光信号的极大增强。因此基于表面等离子共振结构的拉曼散射与荧光标记是实现高灵敏度传感与探测的有效途径，在超高灵敏度传感与探测方面具有极为重要的应用价值。

由于双光子荧光的激发波长与发射波长相距较远，一般可达到几百纳米，而表面等离激元的共振峰宽一般为一百纳米左右，很难同时对样品的激发波长与发射波长进行同时增强。目前，基于金属表面等离激元共振原理，实现双光子荧光激发与发射的同时增强主要通过非对称结构的多个波长的共振以及超宽增强光谱特性来实现的，包括椭球、金属棒以及多面体等不对称结构，当激发光的偏振态沿着椭球的不同方向时，其共振峰的位置不同，但是非对称结构很难实现双光子荧光激发与发射大跨度下的同时增强。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构，实现双光子荧光激发与发射大跨度下的同时增强。

另一方面，本发明还提供上述用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构的制备方法。

技术方案：本发明所述的一种用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构，该结构从下而上依次包括绝缘衬底、金属薄膜、光学透明介质薄膜和纳米金属圆盘阵列，该纳米金属圆盘阵列按设计要求排列。

本发明的用于双光子荧光增强的双波长金属Fano共振结构的制备方法包括如下步骤：

S1.在绝缘衬底上蒸镀金属薄膜；

S2.在金属薄膜上蒸镀光学透明介质膜；

S3.在光学透明介质膜上通过旋涂的方法涂覆一层有机薄膜；

S4.使用制备好的模板在有机薄膜上进行压印，模刻出柱对称圆盘阵列孔结构；

S5.在柱对称圆盘阵列孔结构上蒸镀金属；

S6.蒸镀完成后采用有机溶液清洗去除有机薄膜，保留下柱对称纳米金属圆盘阵列。

其中：

所述绝缘衬底为玻璃衬底或石英衬底。

所述金属膜为金膜或银膜。

所述金属薄膜的厚度大于100纳米。

所述光学透明介质膜为SiO₂膜或MgF₂膜。

所述柱对称金属圆盘阵列中圆盘的直径为纳米量级。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著效果为：