[发明专利]一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器

说明书

本发明公开了一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，通过若干组所述磁环偶极子单元周期阵列，同时由于所述磁环偶极子单元结构是全介质的，没有焦耳损耗，解决了非辐射损耗问题，即焦耳损耗问题；而磁偶极子相互共振耦合形成磁环形偶极子共振模式，此时的电磁场被局域在环形空间内，因而辐射损耗较小，解决了辐射损耗问题，产生了高品质因子Fano共振，磁环形偶极子的形成，有利于电磁场的增强，增强了光与物质的相互作用，对周围媒介环境敏感，进一步增强传感器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及光学传感器技术领域，尤其涉及一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器。

背景技术

生物化学传感技术是在大学科生命科学中发展出来的重要技术，成为当前科学研究的热点。目前，以化学法为主要方法来检测生物分子的技术，面临操作繁琐和环境要求高的问题，而且周期较长，难以适应当今市场的要求。

Fano共振是由于两种模式的电磁本征模干涉造成的，例如宽谱和窄谱，或者说连续态和离散态的干涉产生的，产生的谱线为不对称尖锐的线型。Fano共振具有高品质因子以及大局域场增强的特点，有利于光与物质的相互作用，且共振特性对周围媒介环境极其敏感，对于高灵敏度的生物传感器具有很高的应用价值。然而，基于金属纳米结构的Fano共振的传感器，往往品质因子较低，其主要原因在于这样的传感装置面临辐射损耗和焦耳损耗的问题，造成的共振谱线较宽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，旨在解决现有技术中的Fano共振传感器存在辐射损耗和焦耳损耗较多的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，包括若干组磁环偶极子单元，若干组所述磁环偶极子单元呈周期阵列，所述磁环偶极子单元包括介质板衬底、第一介质螺旋结构和第二介质螺旋结构，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均嵌设在所述介质板衬底上，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的中心在同一条竖直线段上，且基于线段的中点呈中心对称布置。

其中，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构均为矩形螺旋线圈，矩形厚度与所述介质板衬底厚度相同，所述介质板衬底厚度的范围值为400～500nm。

其中，所述第一介质螺旋结构为从内向外延展的逆时针螺旋，圈数N为2.5，所述第二介质螺旋结构的形状为所述第一介质螺旋结构绕原点旋转180°。

其中，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的相邻螺旋臂的间距g的范围值为16～30nm，螺旋臂的臂宽w的范围值为30～50nm，内半径r的范围值为0～10nm，外半径R的范围值为170～230nm，螺旋增长率b由相邻螺旋臂的间距g与螺旋臂的臂宽w之和除以2π确定。

其中，所述磁环偶极子单元沿x轴和y轴排布的周期p小于工作波段的近红外波长。

其中，所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的介电常数值相等且大于10，所述介质板衬底的介电常数小于所述第一介质螺旋结构和所述第二介质螺旋结构的介电常数，且大约等于2.25。

本发明的一种基于全介质toroidal模的Fano共振传感器，通过若干组所述磁环偶极子单元周期阵列，同时由于所述磁环偶极子单元结构是全介质的，没有焦耳损耗，解决了非辐射损耗问题，即焦耳损耗问题；而磁偶极子相互共振耦合形成磁环形偶极子共振模式，此时的电磁场被局域在环形空间内，因而辐射损耗较小，解决了辐射损耗问题，产生了高品质因子Fano共振，磁环形偶极子的形成，有利于电磁场的增强，增强了光与物质的相互作用，对周围媒介环境敏感，进一步增强传感器的灵敏度。

附图说明