[发明专利]一种基于Fano共振的纯食用植物油的检测装置

说明书

本发明公开了一种基于Fano共振的纯食用植物油的检测装置，其特征在于，包括自下而上依次叠接的二氧化硅基底层和银金属层，所述银金属层中设有贯穿银金属层中部的直波导和呈半环形状的谐振腔，半环形状谐振腔和直波导相交构成半环形直波导，在半环形直波导的半环形状谐振腔的傍边设有呈U形状的谐振腔，U形状谐振腔与半环形直波导不相通，在半环形直波导和U形状谐振腔中添加有待检测的纯食用植物油。这种检测装置具有体积小、响应快、检测精度高、制备过程简单，可大规模生产的特点，通过调整检测装置的结构参数，能提高检测装置的灵敏度和品质因子FOM（Figure of Merits，简称FOM），以实现生产、生活检测领域的纳米等级传感要求。

技术领域

本发明涉及折射率传感和光传感技术，具体是一种基于Fano共振的纯食用植物油的检测装置。

背景技术

表面等离子体激元(Surface plasmon polaritons,简称SPPs)是通过改变金属表面的亚波长结构实现的一种光波与可迁移的表面电荷之间电磁波，可以支持金属与介质界面传输的表面等离子波，从而传输光能量，且不受衍射极限的限制，因此其在纳米量级操纵光能量发挥着重要的作用。Fano共振源于局部离散状态和连续光谱之间的相消干涉，由于Fano共振光谱中呈现非对称线型，并且小的扰动可以引起剧烈的强度变化和波长漂移，因此成为SPPs传感领域的一个热门研究方向，人们对其进行了大量的研究。

《Photonics Journal》在2015年7卷第3期中登载了“Multiple Fano ResonancesControl in MIM Side-Coupled Cavities Systems”一文，北京邮电大学的Zhao Chen团队报道了采用直波导中心加挡板技术实现Fano共振，通过增加谐振腔实现多重Fano共振，实现了设备设计的灵活性。《Sensors》在2017年第17卷第7期第1494页刊登了“Tunable FanoResonance in Asymmetric MIM Waveguide Structure”一文，中北大学的Xuefeng Zhao团队使用了两个银挡板耦合环形腔的金属-绝缘体-金属（MIM）波导结构，实现了最大灵敏度718nm/RIU的Fano共振结构。然而，目前研究灵敏度依然无法满足应用要求，传感器设备制备复杂，成品率差和不可大规模生产等等问题一直都在影响着检测装置领域的发展。

目前，在MIM波导结构中，Fano共振的连续态背景散射大多在直波导中增加挡板实现，但是这却牺牲了归一化透射强度，影响灵敏度的提高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于Fano共振的纯食用植物油的检测装置。这种检测装置具有体积小、响应快、检测精度高、制备过程简单，可大规模生产的特点，通过调整检测装置的结构参数，能提高检测装置的灵敏度和品质因子FOM（Figureof Merits，简称FOM），以实现生产、生活检测领域的纳米等级传感要求。

实现本发明目的的设计方案是：

一种基于Fano共振的纯食用植物油的检测装置，包括自下而上依次叠接的二氧化硅基底层和银金属层，所述银金属层中设有贯穿银金属层中部的直波导和呈半环形状的谐振腔，半环形谐振腔和直波导相交构成半环形直波导，在半环形直波导的半环形状谐振腔的傍边设有U形状谐振腔，U形状谐振腔与半环形直波导不相通，在半环形直波导和U形状谐振腔中添加有待检测的纯食用植物油，检测装置利用从半环形直波导一侧激发的SPPs实现对待检测的纯食用植物油种类的分析。

所述半环形直波导和U形状谐振腔的几何结构参数均可调，所述几何结构参数分别为半环形直波导的呈环形状部分的环的内外半径、半环形直波导和U形状谐振腔的间距、U形状谐振腔中呈直边部分的长度，改变半环形直波导和U形状谐振腔的几何结构参数，来改变检测装置的透射光谱中共振峰谷的位置，从而进一步实现在相近折射率的纯食用植物油中的高精度检测应用。