CN112462150A - 一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，包括基底、加热部、贵金属薄膜、表面等离极化激元激发部、表面等离极化激元探测部、有机共轭聚合物材料，基底的表面设有凹坑，加热部填充凹坑，贵金属薄膜置于基底和加热部上，表面等离极化激元激发部和表面等离极化激元探测部分别置于贵金属薄膜上加热部的两侧，有机共轭聚合物材料置于加热部顶部的贵金属薄膜上。本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电场探测领域，具体涉及一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置。
背景技术
电场的测量不仅对导弹、火箭、航空器发射中意义重大，而且对城市环境污染、超净实验室、炼油厂、储油站等地面上容易引起静电和容易受静电及雷达危害的场所也有着广泛的应用。传统电场测量装置的灵敏度低，探索基于新原理的电场探测技术对提高电场测量的灵敏度具有重要意义。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，包括基底、加热部、贵金属薄膜、表面等离极化激元激发部、表面等离极化激元探测部、有机共轭聚合物材料，基底的表面设有凹坑，加热部填充凹坑，贵金属薄膜置于基底和加热部上，表面等离极化激元激发部和表面等离极化激元探测部分别置于贵金属薄膜上加热部的两侧，有机共轭聚合物材料置于加热部顶部的贵金属薄膜上。
更进一步地，有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
更进一步地，在加热部顶部，贵金属薄膜上设有凹槽。
更进一步地，有机共轭聚合物材料填充凹槽。
更进一步地，在加热部顶部，贵金属薄膜中设有孔洞。
更进一步地，有机共轭聚合物材料填充孔洞。
更进一步地，贵金属薄膜的材料为金或银。
更进一步地，贵金属薄膜的厚度小于200纳米。
更进一步地，贵金属薄膜的厚度小于100纳米。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，包括基底、加热部、贵金属薄膜、表面等离极化激元激发部、表面等离极化激元探测部、有机共轭聚合物材料，基底的表面设有凹坑，加热部填充凹坑，贵金属薄膜置于基底和加热部上，表面等离极化激元激发部和表面等离极化激元探测部分别置于贵金属薄膜上加热部的两侧，有机共轭聚合物材料置于加热部顶部的贵金属薄膜上。应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属薄膜的表面等离极化激元传播特性，此时加热部为常温；然后，将本发明置于待测电场内，同时加热部加热有机共轭聚合物材料，加热持续一段时间后，冷却有机共轭聚合物材料，重新测量贵金属薄膜上的表面等离极化激元传播特性，根据前后贵金属薄膜上表面等离极化激元传播特性的变化，确定待测电场。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料分子链的方向，从而改变了贵金属薄膜周围的环境，从而改变了贵金属薄膜的表面等离极化激元传播特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且贵金属薄膜表面等离极化激元传播特性严重地依赖于其周围的介电环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置的示意图。
图2是又一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置的示意图。
图3是再一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置的示意图。
图中：1、基底；2、加热部；3、贵金属薄膜；4、表面等离极化激元激发部；5、表面等离极化激元探测部；6、有机共轭聚合物材料；7、凹槽；8、孔洞。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，如图1所示，包括基底1、加热部2、贵金属薄膜3、表面等离极化激元激发部4、表面等离极化激元探测部5、有机共轭聚合物材料6。基底1的表面设有凹坑，加热部2填充凹坑。基底1的材料为绝热材料，用以隔绝加热部2产生的热。加热部2可以通过连接其他高温物体的方法产生高温，也可以通过电阻产生热来产生高温，在此不做具体限制。贵金属薄膜3置于基底1和加热部2上。也就是说，基底1的上表面和加热部2的上表面平齐，贵金属薄膜3覆盖基底1和加热部2。贵金属薄膜3的材料为金或银，以便于在贵金属薄膜3上激发和传播表面等离极化激元。表面等离极化激元激发部4和表面等离极化激元探测部5分别置于贵金属薄膜3上加热部2的两侧，以激发表面等离极化激元和探测表面等离极化激元的传播特性。表面等离极化激元激发部4可以是近场光学探针或周期性贵金属线栅。应用光学探针照射贵金属薄膜3即可激发表面等离极化激元；应用激光倾斜照射周期性贵金属线栅也可以激发在贵金属薄膜3上传播的表面等离极化激元。表面等离极化激元探测部5可以为光学探针。光学探针接收到表面等离极化激元后，传播到光电探测器。有机共轭聚合物材料6置于加热部2顶部的贵金属薄膜3上。有机共轭聚合物材料6为聚3-己基噻吩。加热时，聚3-己基噻吩的微观形貌更容易被待测电场调控。
应用时，首先，在无电场空间，测量贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性，此时加热部2为常温；然后，将本发明置于待测电场内，同时加热部2加热贵金属薄膜3和有机共轭聚合物材料6，加热持续一段时间后，冷却贵金属薄膜3和有机共轭聚合物材料6，重新测量贵金属薄膜3上的表面等离极化激元传播特性，根据前后贵金属薄膜3上表面等离极化激元传播特性的变化，确定待测电场。加热的温度大于130摄氏度，持续的时间大于30分钟，以便于有机共轭聚合物材料6的微观结构充分改变。在加热过程中，待测电场改变了有机共轭聚合物材料6分子链的方向，从而改变了贵金属薄膜3周围的环境，从而改变了贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性。因为在加热时，有机共轭聚合物材料6分子链的方向严重地依赖于其所处的电场，并且贵金属薄膜3表面等离极化激元传播特性严重地依赖于其周围的介电环境，因此，本发明具有电场探测灵敏度高的优点。
在本发明中，一方面，贵金属薄膜3用以传播表面等离极化激元；另一方面，贵金属薄膜3是热的良导体，能够很好地将热量传递到有机共轭聚合物材料6，从而更多地改变有机共轭聚合物材料6中分子链的方向。这两方面的效果均有利于更多地改变贵金属薄膜3上表面等离极化激元的传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，在加热部2顶部，贵金属薄膜3上设有凹槽7。有机共轭聚合物材料6填充凹槽7。具体地，凹槽7的宽度小于10纳米，凹槽7的深度小于20纳米,。本实施例中，凹槽7的作用不是形成局域表面等离激元共振，而是改变贵金属薄膜3上的表面等离极化激元，所以凹槽7的尺寸小。这样一来，有机共轭聚合物材料6与贵金属薄膜3具有更多的接触面积。当有机共轭聚合物材料6分子链方向变化时，更多地改变贵金属薄膜3表面的有效折射率，从而更多地改变贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。更进一步地，凹槽7的方向垂直于表面等离极化激元激发部4和表面等离极化激元探测部5的连线方向，也就是说，凹槽7的方向垂直于表面等离极化激元传播的方向。这样一来，凹槽7及凹槽7内的有机共轭聚合物材料6更多地改变贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
实施例3
在实施例1的基础上，如图3所示，在加热部2顶部，贵金属薄膜3中设有孔洞8。有机共轭聚合物材料6填充孔洞8。这样一来，一方面，孔洞8减少了贵金属薄膜3中贵金属材料的量，当表面等离极化激元在贵金属薄膜3的表面传播时，孔洞8更多地加长了表面等离极化激元的传播路径；另一方面，孔洞8也使得有机共轭聚合物材料6与贵金属薄膜3具有更多的接触面积。此外，有机共轭聚合物材料6通过孔洞8与加热部2接触，使得有机共轭聚合物材料6能够更多地吸收加热部2的热，从而使得有机共轭聚合物材料6的温度更高。这三方面的效果均使得加热时，有机共轭聚合物材料6分子链方向改变更多，从而更多地改变了贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
更进一步地，贵金属薄膜3的厚度小于200纳米。这样一来，贵金属薄膜3不仅能够在其上表面承载表面等离极化激元，而且厚度教小，能够热量更好地传递给有机共轭聚合物材料6，使得有机共轭聚合物材料6分子链方向改变更多，从而更多地改变贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
更进一步地，贵金属薄膜3的厚度小于100纳米。更进一步地，贵金属薄膜3的厚度小于50纳米。这样一来，相对来说，贵金属薄膜3与有机共轭聚合物材料6具有更多的接触面积，当有机共轭聚合物材料6分子链方向改变时，贵金属薄膜3的有效折射率改变更多，从而更多地改变贵金属薄膜3的表面等离极化激元传播特性，从而实现更高灵敏度的电场探测。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于，包括基底、加热部、贵金属薄膜、表面等离极化激元激发部、表面等离极化激元探测部、有机共轭聚合物材料，所述基底的表面设有凹坑，所述加热部填充所述凹坑，所述贵金属薄膜置于所述基底和所述加热部上，所述表面等离极化激元激发部和所述表面等离极化激元探测部分别置于所述贵金属薄膜上所述加热部的两侧，所述有机共轭聚合物材料置于所述加热部顶部的所述贵金属薄膜上。
2.如权利要求1所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料为聚3-己基噻吩。
3.如权利要求2所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：在所述加热部顶部，所述贵金属薄膜上设有凹槽。
4.如权利要求3所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料填充所述凹槽。
5.如权利要求4所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：在所述加热部顶部，所述贵金属薄膜中设有孔洞。
6.如权利要求5所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：所述有机共轭聚合物材料填充所述孔洞。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属薄膜的材料为金或银。
8.如权利要求7所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属薄膜的厚度小于200纳米。
9.如权利要求8所述的基于表面等离极化激元传播特性变化的电场探测装置，其特征在于：所述贵金属薄膜的厚度小于100纳米。
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