[实用新型]一种基于二维简单超材料结构的微纳折射率传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于二维简单超材料结构的微纳折射率传感器，通过所述基于二维简单超材料结构的维纳折射率传感器是由周期性结构单元构成；所述周期性单元结构由一维介质光栅阵列叠放在由SiO₂薄膜层和Al₂O₃薄膜层组成的下层结构上所构成。利用结构产生的导模共振和腔模，对周围的介质环境十分敏感的特性，可以将结构表面临近物质的折射率的微小变化转换成可测量的透射峰的位移，设计实现高灵敏度的微纳尺度折射率传感测量，该传感器具有优越的折射率灵敏度(410.2nm/RIU)和超高的品质因子(4769.8)，也可用于亚波长范围内的气体密度的检测。该传感器既能明显降低半峰全宽，提高传感器的灵敏度，又能有效防止结构的腐蚀及氧化，延长产品的使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种基于二维简单超材料结构的微纳折射率传感器。

背景技术

超材料是在自然界中不存在的一类物质，但具有自然界物质不可比拟的独特性质，特别是在吸波体，热辐射计，成像系统，传感器，红外隐身的应用中格外惹人注意。在1998年由Ebbesen等人证明异常透射，其在透明电极中的潜在应用，引起了人们对新型结构透明性的研究。在探测和隐身等领域，为了使结构透明，典型的方法是在金属膜的两侧引入孔或狭缝，这可以通过激发表面等离子体激元来提供输入和输出光的有效耦合。并且，高透射光谱中的窄谷也被发现在传感器领域中具有广泛的应用。此后，不同种类的传感器被设计出来应用到各个领域。

为了获得更高的吸收性能，人们设计一种U形金属开口环共振器(SRRs) 的周期性阵列组成的结构，以进行高质量感测。通过悬浮超材料来降低衬底的影响，可以实现MP共振的强衍射耦合，从而导致窄带混合MP模式具有较大的磁场增强，该结构的品质因数为40。同时人利用等离子共振和法诺共振设计了基于微米级的InSb层的光栅耦合等离子体结构的传感器，该结构在太赫兹波段的灵敏度较高。此外人们设计了Al₂O₃-Si-Au-Si的四层的周期性光栅结构，在可见光和近红外范围内的折射率灵敏度为404.3nm/RIU，半峰全宽为8nm，品质因子为50.3。

以上现有技术中的微纳折射率传感器，存在结构复杂、折射率灵敏度低、品质因数小等缺陷，而这些缺陷，限制了它们在真实环境中的应用。因此，本实用新型提供具有结构简单，品质因子高，折射率灵敏度高的光子晶体传感器，能有效解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于二维简单超材料结构的微纳折射率传感器，旨在解决现有技术中存在的折射率灵敏度低、品质因子小，结构复杂、工作带宽窄的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的一种基于二维简单超材料结构的微纳折射率传感器，包括上层结构和下层结构，所述上层结构叠放在所述下层结构上，所述上层结构为一维SiO₂光栅条，所述下层结构由SiO₂薄膜层和Al₂O₃薄膜层组成，所述Al₂O₃薄膜层的厚度h1为5nm～90nm，所述SiO₂薄膜层的厚度 h2为5nm～90nm，所述SiO₂光栅条的厚度h3设置为50nm～500nm，所述SiO₂光栅条的周期P为400nm～1000nm，所述SiO₂光栅条的宽度W为200nm～800nm。

其中，所述Al₂O₃薄膜层的厚度h1为10nm，所述SiO₂薄膜层的厚度h2为 10nm，所述SiO₂光栅条的厚度h3为150nm，所述SiO₂光栅条的周期P为900nm，所述SiO₂光栅条的宽度W为800nm。