[发明专利]一种铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器及方法

权利要求书

1.一种铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器，其特征在于，包括至下而上依次设置的缺陷层(1)、Bragg反射镜层(2)、缓冲层(3)和铌酸锂二维光栅层(4)；

所述缺陷层(1)为低孔隙率ρ＝42％的多孔硅材料制成；

所述Bragg反射镜层(2)包括多个低孔隙率多孔硅层(201)和高孔隙率多孔硅层(202)，所述低孔隙率多孔硅层(201)和高孔隙率多孔硅层(202)周期交替叠加布置；所述低孔隙率多孔硅层(201)的孔隙率ρ＝42％，所述高孔隙率多孔硅层(202)的孔隙率ρ＝76％；

所述缓冲层(3)为高孔隙率ρ＝76％的多孔硅材料制成；

所述铌酸锂二维光栅层(4)上设有多个空气孔(401)，所述空气孔(401)以晶格常数a正方形排列。

2.根据权利要求1所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器，其特征在于，所述铌酸锂二维光栅层(4)为铌酸锂材料制成，寻常光折射率n_o＝2.28，非寻常光折射率n_e＝2.2；所述缓冲层(3)厚度为d_C＝160nm；所述缺陷层(1)厚度da＝30nm。

3.根据权利要求1所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器，其特征在于，所述低孔隙率多孔硅层(201)和高孔隙率多孔硅层(202)的数量均为4。

4.根据权利要求1所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器，其特征在于，所述低孔隙率多孔硅层(201)折射率n_H＝2.6，低孔隙率多孔硅层(201)厚度d_H＝70nm；所述高孔隙率多孔硅层(202)折射率n_L＝1.45，高孔隙率多孔硅层(202)厚度d_L＝100nm。

5.根据权利要求1所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器，其特征在于，所述空气孔(401)的直径D为420～490nm，步长设置为10nm；所述空气孔(401)的孔深h为60～120nm，步长设置为10nm；所述晶格常数a为450～520nm，设置步长为10nm。

6.根据权利要求5所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器，其特征在于，所述空气孔(401)的直径D＝440nm；所述空气孔(401)的孔深h＝90nm；所述晶格常数a为510nm。

7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.基于严格耦合波分析法构建铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器模型，所述铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器模型的结构包括至下而上依次连接的缺陷层(1)、Bragg反射镜层(2)、缓冲层(3)和铌酸锂二维光栅层(4)；所述Bragg反射镜层(2)包括多个低孔隙率多孔硅层(201)和高孔隙率多孔硅层(202)，所述低孔隙率多孔硅层(201)和高孔隙率多孔硅层(202)周期交替叠加布置；所述铌酸锂二维光栅层(4)上设有多个空气孔(401)，所述空气孔(401)以晶格常数a正方形排列；

步骤S2.基于严格耦合波分析法计算入射波长为可见光λ₀＝625nm时，通过对铌酸锂二维光栅层(4)参数进行优化，获取激发布洛赫表面波的最佳参数值包括空气孔直径D、晶格常数a和空气孔孔深h；

步骤S3.建立了当大分子吸附在器件表面时和小分子渗透进器件内部时折射率与方位角度数之间的关系的式：y＝a+b*x，其中a为截距，b为斜率，y为折射率，x为方位角度数。

8.根据权利要求7所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器的方法，其特征在于，所述步骤S2中最佳参数值为：所述空气孔(401)的晶格常数a＝510nm，空气孔(401)的直径D＝440nm，空气孔(401)的孔深h＝90nm。

9.根据权利要求8所述的铌酸锂二维光栅激发布洛赫表面波生物传感器的方法，其特征在于，所述步骤S3中，大分子折射率与方位角度数之间的关系：y＝(2193±164)+(-1638±123)x；小分子折射率与方位角度数之间的关系为：y＝(1486±108)+(-568±41)x。