[发明专利]一种基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器

说明书

一种基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，包括依次设置的棱镜、金层或者银层、第一平面介质波导和第二平面介质波导；第一平面介质波导包括依次设置的上含氟聚合物层、上二氧化锆层和传感层，第二平面介质波导包括依次设置的传感层、下二氧化锆层和下含氟聚合物层，第一平面介质波导和第二平面介质波导共用传感层，传感层内设置有待测液体或者待测气体的通道。本发明继承传统SPR传感器的样品无标记、实时动态检测等优点之外，由于Fano效应的发生而具有损耗低、成像灵敏度与Q因子高等突出优点。

技术领域

本发明涉及光感应技术领域，尤其涉及一种基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器。

背景技术

表面等离激元共振(SPR)是束缚在金属-介质界面的自由电子与电磁波耦合形成的集体振荡。利用基于SPR的生物传感技术能实时监测液体或气体折射率的变化。SPR传感分析由于其较精确的探测能力、非标记分析以及样品需求量小等优势,可用于毒性气体、化学生物分子与活体细胞分析与表征。

传统的SPR传感器存在损耗高、Q因子与灵敏度较低等不足之处。例如：[1]X.C.Yuan, B.H.Ong,Y.G.Tan,D.W.Zhang,R.Irawan,S.C.Tjin,J OptAPureAppl Opt 8(12)959(2006)； [2]G.Zheng,J.Cong,L.Xu,J.Wang,Applied Physics Express 10,042202(2017)；[3]S.Hayashi, D.V.Nesterenko,Z Sekkat,J.Phys.D:Appl.Phys.48,325303(2015)；[4]B.Ruan,Q.You,J. Zhu,L.Wu,J.Guo,X.Dai,Y.Xiang,Opt.Express 26(13)16884(2018)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种继承传统SPR传感器的样品无标记、实时动态检测等优点之外，并且损耗低、成像灵敏度与Q因子高等突出优点的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，包括依次设置的棱镜、金层或者银层、第一平面介质波导和第二平面介质波导；所述第一平面介质波导包括依次设置的上含氟聚合物层、上二氧化锆层和传感层，所述第二平面介质波导包括依次设置的传感层、下二氧化锆层和下含氟聚合物层，所述第一平面介质波导和第二平面介质波导共用传感层，所述传感层内设置有待测液体或者待测气体的通道。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述金层或者银层的厚度为30-100nm。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述金层或者银层的厚度为48nm。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述上含氟聚合物层的厚度为500-1500nm，所述上二氧化锆的厚度为80-150nm，所述传感层的厚度为100-500nm。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述上含氟聚合物层的厚度为895nm，所述上二氧化锆的厚度为110nm，所述传感层的厚度为371nm。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述下二氧化锆层的厚度为50-200nm。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述下二氧化锆层的厚度为115nm。

上述的基于双平面波导耦合的表面等离激元共振传感器，优选的，所述棱镜和下含氟聚合物层的厚度为上含氟聚合物层厚度的10倍以上。

在本发明中，TM偏振光入射棱镜，穿过金(Au)薄膜进入含氟聚合物(Cytop)介质，在满足波矢匹配条件下，在Au-Cytop界面处会产生表面等离激元(SPP)模，入射光的能量被吸收，由此产生SPR共振。