[发明专利]一种超窄多频带光学传感器

说明书

本发明公开了一种超窄多频带光学传感器。该超窄多频带光学传感器由下至上依次为第一高介电材料层、金属层、第二高介电材料层以及光子晶体；所述第一高介电材料层、所述金属层以及所述第二高介电材料层构成膜堆积等离激元结构；所述光子晶体为多个条纹介质材料组成的一维周期结构。本发明极大地缩小了透射波谷的带宽及有效增加了透射波谷的数量，具有结构简单、成本低、灵敏度高、可调节且可复用等优点。

技术领域

本发明涉及光学传感器领域，特别是涉及一种超窄多频带光学传感器。

背景技术

表面等离激元共振(Surface plasmons resonance)通常是指金属结构表面的自由电子在外加电磁波照射下的集体振荡，在金属表面形成局域电磁场增强效应。超材料指的是通过人工设计制造得到的一种纳米结构，其磁导率、折射率等性能可人为调控，近年来在纳米光学、材料科学等领域被广泛应用。

传统的等离激元传感器主要由粗糙金属膜、金属纳米颗粒/阵列、金属孔洞结构及分级结构等组成。通过合理设计材料的参数以及结构的尺寸，使得入射光与结构之间的电磁分量产生耦合，从而使得在某一波长范围内的光出现异常透射、反射或吸收。但是传统的等离激元光学传感器往往具有频带单一、频带宽且传感灵敏度低等缺点。此外，大多数等离激元光学传感器主要是基于贵金属材料(比如金、银)制造而成，成本高且制备复杂。

发明内容

本发明的目的是提一种超窄多频带光学传感器，极大地缩小了透射波谷的带宽及有效增加了透射波谷的数量，具有结构简单、成本低、灵敏度高、可调节且可复用等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超窄多频带光学传感器，所述超窄多频带光学传感器由下至上依次为第一高介电材料层、金属层、第二高介电材料层以及光子晶体；所述第一高介电材料层、所述金属层以及所述第二高介电材料层构成膜堆积等离激元结构；所述光子晶体为多个条纹介质材料组成的一维周期结构。

可选的，所述第一高介电材料层以及所述第二高介电材料层的材料为高折射介电材料。

可选的，所述金属层的厚度为20nm。

可选的，所述第一高介电材料层以及所述第二高介电材料层的厚度为10-40nm。

可选的，所述光子晶体的周期为400-850nm。

可选的，所述光子晶体的厚度为100-240nm。

可选的，所述条纹介质材料的宽度为100-500nm。

可选的，所述超窄多频带光学传感器的制备方法包括：

在抛光的石英晶片上依次沉积第一高介电材料层、金属层以及第二高介电材料层；

在所述第二高介电材料层均匀的涂覆一层光刻胶；

采用电子束光刻的方法在所述第二高介电材料层上制备一维光刻胶条纹周期结构；

采用磁控溅射仪在所述一维光刻胶条纹周期结构上沉积介质材料；

采用Lift-off的方法去掉所述一维光刻胶条纹周期结构条纹上的介质材料；保留所述一维光刻胶条纹周期结构条纹间的条纹介质材料；

采用去胶液将所述第二高介电材料层上的所述一维光刻胶条纹周期结构除去，完成制作。