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专利号: 2022100576044
申请人: 东北林业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,包括全部等厚度的基底层(1)、金属层(2)、直波导(3)、金属挡板(4)和三个谐振腔,所述的金属层(2)位于基底层(1)上方,在所述的金属层(2)中分别嵌有直波导(3)和三个谐振腔,三个所述的谐振腔内填充待测物质,所述的直波导(3)中填充空气,所述的金属挡板(4)嵌于直波导(3)中,所述的金属挡板(4)的中心与直波导(3)的中心相同,其特征在于:三个所述的谐振腔同时位于直波导(3)的一侧且之间有间隔,距离直波导(3)由近及远排列顺序为:第一谐振腔(5)、第二谐振腔(6)和第三谐振腔(7),第二谐振腔(6)为一个矩形腔,第一谐振腔(5)与第三谐振腔(7)均为两段相同结构的扇环连接成一体的双扇环腔,直线b穿过第二谐振腔(6)的中心并与直波导(3)的长度方向平行,第一谐振腔(5)与第三谐振腔(7)相对直线b成镜像对称,第一谐振腔(5)与第三谐振腔(7)相对的两段扇环同圆心,并且两组圆心位于直线b上;所述的直波导(3)的中心与第二谐振腔(6)的中心连线a垂直于直波导(3)的长度方向,本传感器在水平面以所述的连线a成镜像对称;入射光能够由直波导(3)的任意一侧入射、另外一侧出射;当入射光进入本传感器,激发SPPs,SPPs由直波导(3)耦合进入第一谐振腔(5),由第一谐振腔(5)耦合进入第二谐振腔(6),然后由第二谐振腔(6)耦合进入第三谐振腔(7),再由第三谐振腔(7)耦合进入第二谐振腔(6),由第二谐振腔(6)耦合进入第一谐振腔(5),最后由第一谐振腔(5)耦合进入直波导(3),并由直波导(3)输出;三个谐振腔为产生Fano共振提供窄带的离散态,在入射光波长范围内产生两个Fano共振。

2.根据权利要求1所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:三个相互耦合的谐振腔构建类X形谐振腔等离子波导,并在激发的表面等离极化激元中引入透射离散态,进而产生Fano共振,通过改变谐振腔的结构参数,进而调节Fano共振的波长,当谐振腔中均填充待测物质,通过测量Fano共振的波长、并依据待测物质的折射率与待测物质的浓度间的关系,得到待测物质浓度。

3.根据权利要求1所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:所述的第一谐振腔(5)和第三谐振腔(7)任一侧之间弧形缺失段到该侧圆心的角度θ=80°‑

120°。

4.根据权利要求3所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:当第一谐振腔(5)和第三谐振腔(7)的每段扇环的内径r1和外径r2满足r1+r2=360nm时,扇环的环宽的增大使两个Fano共振产生蓝移。

5.根据权利要求3所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:当第一谐振腔(5)和第三谐振腔(7)的每段扇环的内径r1和外径r2均固定不变时,角度θ的增大使两个Fano共振产生蓝移。

6.根据权利要求3所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:当所述的第一谐振腔(5)和第三谐振腔(7)的每段扇环的环宽固定不变时,每段扇环的外径r2或内径r1的增大使两个Fano共振产生红移。

7.根据权利要求1‑6任一项所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:以平行于所述的直波导(3)的长度方向为y轴,在同一水平面内且垂直于y轴的方向为x轴,同时垂直与x轴和y轴,即传感器厚度方向为z轴;直波导(3)的中心与第二谐振腔(6)的中心间的距离为175nm,直波导(3)的沿x轴方向长度为50nm;金属挡板(4)沿x轴方向的长度为50nm,沿y轴方向的长度为20nm;扇环的外径r2的范围为190nm至220nm,扇环的环宽为

30nm至70nm,两组圆心间的距离为100nm;第二谐振腔沿x轴方向的长度为100nm,沿y轴方向的长度为50nm,入射光波长范围为600nm~1600nm。

8.根据权利要求7所述的一种类X形谐振腔等离子波导浓度传感器,其特征在于:所述的基底层(1)材料为二氧化硅;所述的金属层(2)和金属挡板(4)材料均为银。