CN105738324A - 基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器 - Google Patents

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杨保佳
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
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Abstract

本发明公开了一种基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器，由下至上包括刻槽金属圆环结构、第一介质层、第二介质层及接地板，所述刻槽金属圆环结构包括环形刻槽金属带，所述环形刻槽金属带上刻蚀沿圆周方向均匀分布的多个凹槽；在所述第一介质层和第二介质层之间设有微带线，所述微带线由一条短金属贴片和金属贴片末端的圆盘枝节结构组合而成；微带线能够高效激励刻槽金属圆环结构上的人工表面等离激元波。本发明与传统的微波传感器相比，克服传统谐振式传感器只能在某些特定频点完成测量，能够在较宽频带内容易产生多个谐振模式，并且空间分辨率高，对周围介质参数的变化非常敏感，能够实现宽带高灵敏度的传感。

Description

基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器
技术领域
本发明涉及一种微带线激励传感器，尤其涉及一种基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器，可广泛应用于传感器、微波测量、生物化学检测等领域。
背景技术
局域表面等离激元共振（Localizedsurfaceplasmonsresonance，LSPR）是存在于金属纳米颗粒或不连续的金属纳米结构中的电荷密度震荡受入射光子激发所产生的共振现象。在微波段，刻有微结构如凹槽或者孔洞阵列的结构化金属表面支持人工局域表面等离激元（SpoofLSPs）的传播，其电磁特性类似于局域表面等离激元。基于人工表面等离激元能够在微波毫米波段实现类似的LSPR现象。传统谐振式传感器一般只能在某些特定频点完成测量，不能实现宽带测量或传感。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器，能够实现宽带高灵敏度的介质测量、传感。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器，由下至上包括刻槽金属圆环结构、第一介质层、第二介质层及接地板，所述刻槽金属圆环结构包括环形刻槽金属带，所述环形刻槽金属带上刻蚀沿圆周方向均匀分布的多个凹槽；在所述第一介质层和第二介质层之间设有微带线，所述微带线由一条短金属贴片和金属贴片末端的圆盘枝节结构组合而成；微带线能够高效激励刻槽金属圆环结构上的人工表面等离激元波。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
本发明与传统的微波传感器相比，克服传统谐振式传感器只能在某些特定频点完成测量，能够在较宽频带内容易产生多个谐振模式，并且空间分辨率高，对周围介质参数的变化非常敏感，能够实现宽带高灵敏度的传感。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明对不同折射率材料的仿真曲线图。
图4是本发明表面覆盖待测纸片时的仿真曲线图。
其中1-刻槽金属圆环结构，2-第一介质层，3-刻槽金属带的凹槽宽度，4-刻槽金属带的凹槽间隔，5-刻槽金属带的凹槽长度，6-环形刻槽金属带，7-环形金属结构的间隔，8-微带线，9-圆盘枝节结构，10-第二介质层，11-地板，12-刻槽金属圆环结构以及地板的厚度，13-第一介质层及第二介质层的厚度，14-人工局域表面等离激元二极谐振模式，15-人工局域表面等离激元四极谐振模式，16-人工局域表面等离激元六极谐振模式，17-人工局域表面等离激元八极谐振模式，18-人工局域表面等离激元十极谐振模式。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例，对本发明做进一步阐述。
参见图1和图2，一种基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器，由下至上包括刻槽金属圆环结构1、第一介质层2、第二介质层10及接地板11，所述刻槽金属圆环结构1包括环形刻槽金属带6，所述环形刻槽金属带6上刻蚀沿圆周方向均匀分布的多个凹槽；在所述第一介质层2和第二介质层10之间设有微带线8，所述微带线8由一条短金属贴片和金属贴片末端的圆盘枝节结构9组合而成；微带线8能够高效激励刻槽金属圆环结构1上的人工表面等离激元波。
本实施例中刻槽金属带的凹槽宽度3为1.13mm、其凹槽间隔4为2.82mm、刻槽金属带的凹槽长度5为5mm，环形金属结构的间隔7为1mm，第一介质层及第二介质层的厚度13为0.508mm。采用位于第一介质层2和第二介质层10之间的微带线8作为激励来激发第一介质层2上刻槽金属圆环结构1中的人工局域表面等离激元。其中微带线8末端的圆盘枝节结构9是为了使更多的电磁波耦合到刻槽金属圆环结构上，刻槽金属圆环结构的厚度12为0.018mm，非常小。
如图3所示，在本发明的结构表面覆盖不同折射率的介质材料，当选取的介质材料的折射率分别为1.62、1.73和1.87，从图可以看到人工局域表面等离激元二极、四极、六极、八极、十极谐振模式对应的谐振频率有很明显的偏移。
如图4所示，在本发明的结构表面覆盖待测纸片，从图中可以看到，本发明基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器对于介质纸片非常敏感。
本发明结构在第一介质层2和第二介质层10之间设置微带线激励容易产生多个高次谐振模式，且这种人工局域表面等离激元谐振模式对于周围介质参数的变化非常敏感，当介质或者折射率发生改变时，人工局域表面等离激元共振时对应的反射系数和谐振波长发生移动，通过检测共振时对应的反射系数和谐振波长，可以检测周围环境的变化，从而能够实现宽带高灵敏度的传感。

Claims (1)

1.一种基于微带线激励的刻槽圆环结构传感器，其特征在于：由下至上包括刻槽金属圆环结构（1）、第一介质层（2）、第二介质层（10）及接地板（11），所述刻槽金属圆环结构（1）包括环形刻槽金属带（6），所述环形刻槽金属带（6）上刻蚀沿圆周方向均匀分布的多个凹槽；在所述第一介质层（2）和第二介质层（10）之间设有微带线（8），所述微带线（8）由一条短金属贴片和金属贴片末端的圆盘枝节结构（9）组合而成；微带线（8）能够高效激励刻槽金属圆环结构（1）上的人工表面等离激元波。
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