CN102608699B - 短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合阵列式结构包括：介质衬底层，以及位于介质衬底上的至少两个耦合结构，所述耦合结构包括：介质波导层，所述介质波导层位于所述介质衬底层上；以及短程表面等离子体波导层，所述短程表面等离子体波导层位于所述介质波导层上，其中，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层与另一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层具有不同厚度。采用所述结构可实现大传感区域的超薄物质折射率的高灵敏度检测芯片。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构。
背景技术
表面等离子体波(Surface plasmon polarition，SPP)是一种沿金属和介质界面传播的电磁场。如图1所示，1为金属(或金属和介质的混合物)，2为金属周围的介质，3为一个界面处的表面等离子体波。
当金属膜较薄时，上下表面等离子体波将发生耦合，生成两种新的表面等离子体波模式，见图2所示。其中一种模式为反对称模式，如图2中5所示，其模场较一般SPP波更趋附于金属，传播损耗较大，只能沿金属薄膜传播很短一段距离，被称为短程表面等离子体波(short range surface plasmon polarity，SRSPP)。当金属波导和介质波导距离足够近，在一定的条件下，介质波导模式将与SRSPP发生耦合。
由于SPP的场能量集中在金属和介质界面的附近，这使得在金属表面的场很强，对于表面的形态，特别是折射率的变化非常敏感，在生化传感器领域有广泛的应用前景。而短程SPP波较一般的SPP波，波场更加高度趋肤于金属表面，其模式特性对金属薄膜周围超薄范围内的介质折射率变化非常敏感，当金属膜上方超薄层物质的折射率发生变化时(大多数生物反应属于此类超薄层反应)，短程表面等离子体波模式与介质波导模式的耦合将发生明显变化，从而引起介质波导输出功率的剧烈变化。这为实现超薄层物质折射率的高精度检测提供了新的途径。
传统的棱镜型表面等离子体波生化传感器体积大、调节困难，而且对超薄层物质探测灵敏度低，稳定性差，成本高，严重限制了其推广应用。而传统的波导型表面等离子体波生化传感器，也具有可传感范围较窄等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，以实现超薄层介质折射率的可调传感范围实时检测，在保证高灵敏度、稳定性的同时，解决了传统的波导型表面等离子体波折射率检测方法传感范围小的问题。所述耦合结构包括：介质衬底层，以及位于介质衬底上的至少两个耦合结构。所述耦合结构包括：介质波导层，所述介质波导层位于所述介质衬底层上；以及短程表面等离子体波导层，所述短程表面等离子体波导层位于所述介质波导层上。其中，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层与另一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层具有不同厚度。
其中，至少一个所述耦合结构的介质波导层与另一个所述耦合结构的介质波导层具有不同宽度。
其中，至少两个所述耦合结构具有相同厚度的短程表面等离子波导层和不同宽度的介质波导层。
其中，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子波导层与另一个所述耦合结构的短程表面等离子波导层具有相同厚度和不同长度。
其中，至少两个所述耦合结构的介质波导层具有同一输入端口和多个输出端口。进一步地，所述多个输出端口具有不同宽度。
其中，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子波导层与另一个所述耦合结构的短程表面等离子波导层具有相同厚度和不同长度。
其中，至少两个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层彼此相连接。
其中，所述耦合结构还包括位于所述短程表面等离子体波导层之上的介质覆盖层。进一步地，至少两个所述耦合结构的介质覆盖层彼此相连接。
其中，所述耦合结构还包括位于所述介质波导层之上、所述短程表面等离子体波导层之下的耦合匹配层。
其中，所述介质波导层的折射率大于所述衬底介质层的折射率，所述耦合匹配层的折射率小于所述介质波导层的折射率。
其中，所述介质波导层的折射率的选择使得该介质波导TM偏振态的基模的等效折射率与该短程表面等离子体波的等效折射率相等。
其中，所述介质波导层的折射率为1.2-3.8，所述介质波导层的厚度为10nm-5000nm，所述介质波导层宽度为2μm-20μm。
其中，所述耦合匹配层的厚度为0.01μm-10μm，所述耦合匹配层的折射率为1.2-3.8。
其中，所述短程表面等离子体波导层为金属层，例如，为金、银、铝、铜、铁、铬、镍、钛中的一种或者几种组成的合金。
其中，所述短程表面等离子体波导层的厚度为10nm-100nm，所述短程表面等离子体波导层的长度为50μm-200μm。具有相同厚度的短程表面等离子体波导层所对应的介质波导可具有不同的宽度。
其中，所述介质覆盖层的折射率为1.0-3.8。
其中，所述耦合匹配层厚度大于使介质波导与短程表面等离子体波耦合发生截止的临界厚度。
其中，所述短程表面等离子波导层上除所述介质覆盖层外还可以设置有折射率待探测层。当折射率待探测层折射率发生变化时，介质波导TM模式和短程表面等离子体波的耦合效率发生改变，通过测定介质波导输出功率的变化来检测该短程表面等离子体波导层表面上方折射率待探测层折射率的变化。
其中，所述折射率待探测层折射率的微小变化包括由生物反应或是物理、化学作用引起的该折射率待探测层的折射率微小变化。
其中，通过调整所述短程表面等离子体波导层厚度可大范围调节所能探测的该折射率待探测层的折射率范围；通过调整所述介质波导宽度可小范围调节所能探测的该折射率待探测层的折射率范围。
其中，所述传感器所能探测的折射率待探测层的厚度为所使用波长的1/15至500微米。
本发明所提供的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，对于其中具有特定宽度的介质波导和特定厚度与长度的短程表面等离子体波导的垂直传感单元，传感中心的位置是确定的。典型地，该短程表面等离子体波导为金属波导。如果此时仅改变单元中介质波导的宽度，由于介质波导传播的介质模式传播常数的轻微改变，将导致传感中心位置出现轻微移动；如果仅改变单元中金属波导的厚度，由于金属波导传播的短程SPP模式传播常数的剧烈改变，将导致传感中心位置出现大范围的移动，此时，为了达到更好的能量耦合效果，金属波导长度(即耦合长度)也要进行相应改变。因此，在保证薄层物质折射率的高精度检测的同时，本专利解决了传统检测方法的体积大、调节困难、稳定性差、可检测范围小的问题。
附图说明
图1和图2为表面等离子体波的概念图；
图3是短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构的一个典型实施例的立体示意图；
图4是图3的截面图；
图5是本发明的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构的一个典型实施例的立体示意图；
图6是本发明的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构的输出功率随待探测物质折射率的变化关系图；
图7是短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构的另一个典型实施例的立体示意图；
图8是短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构另一个典型实施例的输出功率随待探测物质折射率的变化关系图；
图9是短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构的又一个典型实施例的立体示意图；
图10是短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构又一个典型实施例的输出功率随待探测物质折射率的变化关系图；
图11是短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式传感结构的再一个典型实施例的立体示意图。
图中：1、金属(或金属和介质的混合物)；2、金属周围介质；3、界面处的表面等离子体波；4、长程表面等离子体波；5、短程表面等离子体波；6、短程表面等离子体波导层；7、介质波导层；8、耦合匹配层；9、介质覆盖层；10、介质衬底层；11、待探测物质层。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
图5所示为短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构一实施例的结构图。在本实施例中，选择介质衬底层10的材料为SiO2，介质波导层7的材料为Si3N4，短程表面等离子体波导层6的材料为Au，介质覆盖层9的材料为SiO2，耦合匹配层8的材料为SiO2。在介质衬底层10上通过溅射或蒸镀和光刻的方法制作出宽度为2.5μm-5μm，180nm厚的Si3N4条7，一层1.5μm厚的SiO2耦合匹配层8后，在其上溅射一层15nm-30nm厚，长度为30μm-150μm的Au膜6，最后覆盖一层2μm的SiO2作为介质覆盖层9。短程表面等离子体波导层6(即金膜)6正上方除介质覆盖层9外还存在待探测物质层11，待探测物质层11的折射率随物理的(温度、湿度、压力、电磁场等)或生物、化学的因素(生化反应)发生变化时，从下边的介质臂耦合到上边金膜的能量将随着金膜6上方待探测物质11的折射率变化而发生变化。由于待探测物质层11的折射率将影响介质波导的TM模式和短程表面等离子体波之间的耦合，进而影响介质波导7的TM输出功率的大小，所以通过测定该介质波导7输出功率的变化可以检测该金膜6表面上方待探测物质11的折射率变化。所述待探测物质层11的折射率的微小变化可以是等效厚度的抗体、抗原等生物反应引起的，或是物理、化学等作用引起的该待探测物质层11的折射率微小变化。通过调整所述金膜6厚度可大范围调节所能探测的该待探测物质层11的折射率范围；通过调整所述介质波导宽度可小范围调节所能探测的该待探测物质层11的折射率范围。由于短程表面等离子体波模场高度趋附于金膜6表面，能够有效地感知金膜6周围较薄范围内的折射率变化，因此当待探测物质层11为一薄层物质时传感灵敏度依然很高，该待探测物质层11的厚度可薄至100nm以下。
例如，当短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构中某个传感单元中金膜6的厚度为22nm，长度为110μm，介质波导7的宽度为3.5μm，待探测物质层11厚度为300nm时，输入光波长为1550nm时，介质波导7的输入为0dB条件下，从介质波导7输出的功率Pout随待探测物质层11的折射率ndet变化的关系如图6中曲线F所示，可见，根据介质波导7的输出光强度的变化就可以获知待探测物质层11的折射率变化的信息，此时传感中心位置为1.448(黑线)；而当介质波导7的宽度变为3μm和4μm，介质波导7传播的介质模式的传播常数出现轻微改变，因此传感中心分别移至1.445和1.451，可见传感中心随介质波导7的宽度出现轻微变化，如图6中曲线E和曲线G所示，进一步减小介质波导7的宽度到2.5μm时，传感中心进一步移动至1.442，如图6中曲线D所示；当改变金膜6的厚度为20nm，长度为100μm，介质波导7的宽度为3.5μm时，短程表面等离子体波导6(即金膜6)的传播的短程表面等离子体模式的传播常数发生剧烈变化，因此传感中心移至1.417，出现了大范围的移动，如图6中曲线B所示，此时继续改变介质波导7的宽度分别为3μm和4μm，传感中心出现轻微移动至1.413和1.42，分别如图6中曲线A和曲线C所示。于是，通过设计不同的金属膜厚度或介质波导宽度，可以大范围或精确地调整传感中心位置，解决了传统波导型SPP传感器件传感区域窄的问题。
根据本发明的各实施例，介质衬底层10可以是单一的介质衬底，也可以是其他类型衬底上形成的一层能起到衬底作用的介质层。介质衬底层10还可以是叠层结构，即根据需要由多种衬底以叠层或其他适当方式组合而成。
根据本发明的耦合阵列式结构包括位于介质衬底层10上的至少两个耦合结构，每个耦合结构都包括介质波导层7。各耦合结构的介质波导层7之间可以是独立的，即不互相连接，在各自入射端分别接收入射光源；也可以通过分光结构彼此存在连接关系，且存在连接关系的各介质波导层7拥有共同的入射端以接收入射光源。在后一种情况中，一种典型的连接实施例如说明书附图3所示，即各耦合结构的介质波导层7具有同一输入端口和多个输出端口。
耦合匹配层8是可选的，其作用在于提高介质波导7与短程表面等离子体波导层6之间的耦合效率，增强传感能力。因为介质波导7的TM模式和短程表面等离子体波导层6的短程表面等离子体模式之间的耦合效率决定于两个模式之间模场的交叠积分，两种模式的模场交叠面积越大而耦合效率就越高，所以耦合匹配层8厚度的选择将决定两种模式模场之间交叠积分的大小，从而进一步影响两个模式之间的耦合效率。
介质覆盖层9也是可选的。介质覆盖层9的引入使得待探测物质层折射率的变化仅发生在短程表面等离子体波导6的正上方。因此，介质波导7的输入端和输出端的模场均不会受到待探测物质层11折射率变化的影响而发生模场泄露的现象，从而让检测结果更为准确。
根据本发明的耦合阵列式结构包括位于介质衬底层10上的至少两个耦合结构，每个耦合结构都包括短程表面等离子体波导层6。本说明书附图3示出了各耦合结构的短程表面等离子体波导层6的一种实施方式。但本领域技术人员可以理解，各耦合结构的短程表面等离子体波导层6可以是如附图3所示的彼此断开的多个波导结构，也可以是彼此之间存在连接关系的结构，即形成连续的层结构，或者是若干个波导与层结构的适当组合。如果两个不同厚度的短程表面等离子体波导层6之间存是连续的，则其之间的过度可呈阶跃、阶梯或其他变化形式。但应注意到，如附图3所示的各耦合结构的短程表面等离子体波导层6的实施方式能带来好处，非连续的不同厚度的短程表面等离子波导层6具有有限的宽度，在工艺制作方面可通过光刻、刻蚀、溅射等工艺更好的控制厚度之间的阶跃。
“短程表面等离子体波导层具有不同长度”，是指在入射光的传播方向上，某两个介质波导7上覆盖的短程表面等离子体波导层6延伸的长度不同。这包括短程表面等离子体波导层6是彼此断开的多个波导结构，或者是彼此连接的连续短程表面等离子体波导层结构这两种情况。
与短程表面等离子体波导层6的情况类似，本说明书附图3也仅示出了位于短程表面等离子体波导层6之上的介质覆盖层9的一种实施方式。介质覆盖层9可以是如附图3所示的彼此断开的多个单独结构，也可以是彼此之间存在连接关系的结构，即形成连续的层结构，或者是若干个单独结构与层结构的适当组合。但应注意到，如附图3所示的各耦合结构的介质覆盖层9的实施方式能带来好处，在制作过程中，可通过等离子体增强化学气相沉积法或磁控溅射等半导体工艺在短程表面等离子体波导层6上方生长介质覆盖层，接着通过套刻、刻蚀等工艺即可简单的实现含短程等离子体波导层6上方的窗口的连续介质覆盖层9结构。
根据本发明的一个实施例，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子波导层6与另一个所述耦合结构的短程表面等离子波导层6具有相同厚度和不同长度。因为介质波导7的TM模式和短程表面等离子波导层6的短程表面等离子体模式之间的耦合效率与短程表面等离子体波导层6的长度有关。当短程表面等离子体波导层6的长度刚好等于耦合长度时，耦合效率最高，为了防止制作过程中出现的短程表面等离子体波导层6长度的工艺误差以及短程表面等离子波导层6厚度改变带来的耦合长度的变化，所以本发明中设计了不同长度的短程表面等离子体波导层6，使得器件的耦合和传感特性达到最佳。
根据本发明的一个实施例，每一个所述介质波导层7的TM模式的等效折射率与对应的短程表面等离子体波导层6的短程表面等离子体波的等效折射率相等，所述耦合匹配层8的厚度大于使介质波导TM模式与短程表面等离子体波模式耦合发生截止的临界厚度。
当折射率待探测层11折射率发生变化时，介质波导层6的TM模式和短程表面等离子体波导层6的短程表面等离子体波的耦合效率发生改变，通过测定介质波导层7的输出功率的变化来检测所述折射率待探测层11折射率的变化。
通过调整所述短程表面等离子体波导层6厚度可大范围调节所能探测的该折射率待探测层11的折射率范围；通过调整所述介质波导层7的宽度可小范围调节所能探测的该折射率待探测层11的折射率范围。
实施例2：
图7所示为短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构的另一实施例的立体结构图。在本实施例中，选择介质衬底层10的材料为SiO2，介质波导层7的材料为Si3N4，短程表面等离子体波导层6的材料为Al，介质覆盖层9的材料为SiO2，耦合匹配层8的材料为SiO2。在介质衬底层10上通过溅射或蒸镀和光刻的方法制作出宽度为2.5μm-5μm，146nm厚的Si3N4条7，一层2μm厚的SiO2耦合匹配层8后，在其上溅射一层15nm-30nm厚Al膜6，最后覆盖一层3μm得SiO2作为介质覆盖层。入射波长为1550nm时，介质波导层7宽度分别为3μm，4μm，5μm，6μm时。待测介质层11的厚度仍为300nm，传播传方向长度为70μm。输出功率随被探测物的折射率变化如图8所示。此时传感中心降至1.35附近。
实施例3：
又一个短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构的例子如下所述。入射波长为850nm时，图9所示为短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构又一实施例的结构图。选择介质衬底层10的材料为SiO2，介质波导层7的材料为PET(聚对苯二甲酸乙二酯)，短程表面等离子体波导层6的材料为Au，介质覆盖层9的材料为SiO2，耦合匹配层8的材料为SiO2。在介质衬底层10上通过溅射或蒸镀和光刻的方法制作出宽度为10μm-15μm，1μm厚的有机材料PET条7，一层1.7μm厚的SiO2耦合匹配层8后，在其上溅射一层30nm-35nm厚Au膜6，最后覆盖一层2μm得SiO2作为介质覆盖层。当Au厚度为35nm时，待探测物质层11厚度为300nm时，根据介质覆盖层9的输出光强度的变化就可以获知待探测物质层11折射率变化的信息，此时传感中心位置为1.538，如图10中圆点曲线所示；而当将Au厚度改变为33nm时，传感中心移至1.52，同时探测动态范围增大，但灵敏度有所下降，如图10中三角曲线所示；继续减小Au厚度至30nm，传感中心继续向低折射率方向移动至1.48，如图10中方框曲线所示，且动态范围继续增大，灵敏度进一步下降。
实施例4：
再一个短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构的例子如下所述。入射光波长为633nm，图11所示为短程表面等离子体波导和介质波导混合耦合阵列式传感结构再一实施例的结构图。在本实施例中，衬底层10的材料选择为一种折射率为1.4的聚合物材料，介质波导层7的材料为Al2O3，短程表面等离子体波导层6的材料为Ag，介质覆盖层9的材料和耦合匹配层8的材料与衬底层10相同。在衬底上运用光刻及溅射或沉积的方法制作5μm-10μm宽、150nm厚的Al2O3条7。在Al2O3条上一层250nm厚的与介质衬底层10相同材料的聚合物作为耦合匹配层8并固化。随后15nm-20nm厚的Ag膜溅射于耦合匹配层之上，最后在Ag膜6上一层500nm厚的与介质衬底层10相同材料的聚合物作为介质覆盖层9并固化，Ag膜6上方除介质覆盖层9外还存在水体环境下的50nm厚的待探测物质层11，芯片传播传方向长度为50μm-100μm。在该探测波长更短，待探测物质层11更薄的情况下仍能获得高的灵敏度，相应的传感中心出现在1.37附近。传感芯片可采用CCD技术测试，如图11所示。
上述实施例中短程表面等离子体波导层所使用的Al、Au、Ag等金属条可以换成铜、钛、镍、铬、铁中的任何一种或者是他们的合金，也可以是金属陶瓷条，即上述金属和合金和SiO2、MgF2、Al2O3、Si、GaAs、InP等介质的混合物。介质波导和介质衬底层、介质覆盖层的介质材料可换成树脂材料、SiO2、MgF2、Al2O3、Si、GaAs、InP等，但要求介质波导层的折射率大于周围介质的折射率。当改变材料时，短程表面等离子体波导层所使用的金属(或者金属陶瓷)条和介质波导层的几何参数要做一定的调整。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由其权利要求限定。
Claims (18)
1.短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合阵列式结构包括：
介质衬底层；以及
位于介质衬底上的至少两个耦合结构，所述耦合结构包括：
介质波导层，所述介质波导层位于所述介质衬底层上；以及
短程表面等离子体波导层，所述短程表面等离子体波导层位于所述介质波导层上，
其中，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层与另一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层具有不同厚度。
2.短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合阵列式结构包括：
介质衬底层；以及
位于介质衬底上的至少两个耦合结构，所述耦合结构包括：
介质波导层，所述介质波导层位于所述介质衬底层上；以及
短程表面等离子体波导层，所述短程表面等离子体波导层位于所述介质波导层上，
其中，至少一个所述耦合结构的介质波导层与另一个所述耦合结构的介质波导层具有不同宽度。
3.短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合阵列式结构包括：
介质衬底层；以及
位于介质衬底上的至少两个耦合结构，所述耦合结构包括：
介质波导层，所述介质波导层位于所述介质衬底层上；以及
短程表面等离子体波导层，所述短程表面等离子体波导层位于所述介质波导层上，
其中，至少两个所述耦合结构具有相同厚度的短程表面等离子体波导层和不同宽度的介质波导层。
4.短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合阵列式结构包括：
介质衬底层；以及
位于介质衬底上的至少两个耦合结构，所述耦合结构包括：
介质波导层，所述介质波导层位于所述介质衬底层上；以及
短程表面等离子体波导层，所述短程表面等离子体波导层位于所述介质波导层上，
其中，至少一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层与另一个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层具有相同厚度和不同长度。
5.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，至少两个所述耦合结构的介质波导层具有同一输入端口和多个输出端口。
6.权利要求5所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述多个输出端口具有不同宽度。
7.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，至少两个所述耦合结构的短程表面等离子体波导层彼此相连接。
8.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述短程表面等离子体波导层厚度为10nm-100nm。
9.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述短程表面等离子体波导层长度为50μm-200μm。
10.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述介质波导层的折射率为1.2～3.8。
11.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述介质波导层的厚度为10nm～5000nm。
12.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述介质波导层的宽度为2μm-20μm。
13.权利要求1、2、3、4中任何一项权利要求所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合结构还包括位于所述短程表面等离子体波导层之上的介质覆盖层。
14.根据权利要求13所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，至少两个所述耦合结构的介质覆盖层彼此相连接。
15.根据权利要求13所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述耦合结构还包括位于所述介质波导层之上、所述短程表面等离子体波导层之下的厚度为0.01μm-10μm，折射率为1.2～3.8的耦合匹配层。
16.根据权利要求15所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述介质波导层的折射率大于所述介质衬底层和所述耦合匹配层的折射率。
17.根据权利要求15所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，所述介质波导层的TM模式的等效折射率与所述短程表面等离子体波导层的短程表面等离子体波的等效折射率相等，所述耦合匹配层的厚度大于使所述介质波导层的TM模式与所述短程表面等离子体波模式耦合发生截止的临界厚度。
18.根据权利要求13所述的短程表面等离子体波导与介质波导混合耦合阵列式结构，其特征在于，短程表面等离子体波导层上方除所述介质覆盖层外设置有折射率待探测层，所述折射率待探测层的厚度为所使用波长的1/15至100微米。
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