CN113484280A - 一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 - Google Patents
一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113484280A CN113484280A CN202110825017.0A CN202110825017A CN113484280A CN 113484280 A CN113484280 A CN 113484280A CN 202110825017 A CN202110825017 A CN 202110825017A CN 113484280 A CN113484280 A CN 113484280A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resonant cavity
- soluble
- water
- detection sensor
- metal layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 title claims abstract description 13
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 title claims abstract description 13
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 title claims abstract description 13
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 title claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 25
- 235000019156 vitamin B Nutrition 0.000 claims description 33
- 239000011720 vitamin B Substances 0.000 claims description 33
- 210000000438 stratum basale Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930003451 Vitamin B1 Natural products 0.000 description 2
- 229930003537 Vitamin B3 Natural products 0.000 description 2
- LXNHXLLTXMVWPM-UHFFFAOYSA-N Vitamin B6 Natural products CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O LXNHXLLTXMVWPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 2
- DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N nicotinic acid amide Natural products NC(=O)C1=CC=CN=C1 DFPAKSUCGFBDDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RADKZDMFGJYCBB-UHFFFAOYSA-N pyridoxal hydrochloride Natural products CC1=NC=C(CO)C(C=O)=C1O RADKZDMFGJYCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N pyridoxine hydrochloride Chemical compound Cl.CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 2
- DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M thiamine hydrochloride Chemical compound Cl.[Cl-].CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 235000010374 vitamin B1 Nutrition 0.000 description 2
- 239000011691 vitamin B1 Substances 0.000 description 2
- 235000019160 vitamin B3 Nutrition 0.000 description 2
- 239000011708 vitamin B3 Substances 0.000 description 2
- 235000019158 vitamin B6 Nutrition 0.000 description 2
- 239000011726 vitamin B6 Substances 0.000 description 2
- 229940011671 vitamin b6 Drugs 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器，其特征在于，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有贯穿金属层的第一谐振腔，第一谐振腔呈直波导状，第一谐振腔呈直波导状的中部设有向外侧延伸的呈半圆状的凸起部，金属层中在第一谐振腔的凸起部同侧位置的旁边处设有第二谐振腔，第二谐振腔的截面呈椭圆环状，第一谐振腔和第二谐振腔不相通，第一谐振腔和第二谐振腔的腔内分别填充有同等浓度不同种水溶性B族维生素溶液。这种传感器具有灵敏度高、精度好、响应快、制备简单、可靠性高的优点，适用于纳米级别传感需求。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米光学传感领域，具体是一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器。
背景技术
Fano共振线谱是一种狭窄而又尖锐的非对称性的线性形状，可由窄的离散态（暗模式）与宽的连续态（亮模式）之间的相互作用来解释。Fano共振对周围环境的细小变化特别敏感，且Fano共振与其对应的波长位移变化具有良好的线性关系，进而可通过Fano共振线谱波长的位移变化实现传感。基于表面等离子激元（SPPs）的Fano共振在纳米结构上的传播能克服传统的光学衍射极限，使其在传感领域具有很大的潜应用价值，并成为相关领域的研究热点之一。因此，基于Fano共振原理制造的波导结构被广泛的应用于光开关、传感器、滤波器、激光、非线性与慢光器件等。
《Photonics Letters of Poland》在2020年刊载了“Numerical investigationof a small footprint plasmonic Bragg grating structure with a high extinctionratio”这篇文章，Muhammad Ali Butt团队设计了一种基于布拉格光栅结构的折射率传感器，灵敏度为950nm/RIU；《Photonics and Nanostructures - Fundamentals andApplications》在2020年刊载了“Nanodots decorated MIM semi-ring resonator cavityfor biochemical sensing applications”这篇文章，文中N.L.Kazanskiy团队提出一种基于半圆环腔内加纳米粒的高灵敏的等离子体传感器，灵敏度高达1084.21nm/RIU；《Plasmonics》在2020年刊载了“Design of a Refractive Index Plasmonic SensorBased on a Ring Resonator Coupled to a MIM Waveguide Containing TaperedDefects”，文中Mahdiye Rahmatiyar团队研究了一种基于缺陷直波导与缺陷圆环腔耦合的新型传感器，灵敏度提升到1295nm/RIU。尽管上述团队已经把传感器的灵敏度提升到了另一个高度，但是传感器的灵敏度仍然偏低，同时，传感器的制备过程繁琐、可靠性低、操作难度大等问题制约着传感器在工业化生产与实际生活中的应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有传感器的技术问题，而提供一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器。这种传感器具有灵敏度高、精度好、响应快、制备简单、可靠性高的优点，适用于纳米级别传感需求。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器，与现有技术不同的是，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有贯穿金属层的第一谐振腔，第一谐振腔呈直波导状，第一谐振腔呈直波导状的中部设有向外侧延伸的呈半圆状的凸起部，金属层中在第一谐振腔的凸起部同侧位置的旁边处设有第二谐振腔，第二谐振腔截面呈椭圆环状，第一谐振腔和第二谐振腔不相通，第一谐振腔和第二谐振腔的腔内分别填充有同等浓度不同种水溶性B族维生素溶液，如维生素B1、B3和B6溶液。
所述的基底层的材料为二氧化硅。
所述的金属层的材料为金属单质银。
所述第一谐振腔和第二谐振腔腔体厚度与金属层的厚度一致。
所述第一谐振腔和第二谐振腔的外形尺寸大小均可调。
这种水溶性B族维生素检测传感器采用气相沉积法通过在基底层上沉积金属层，然后通过电子束刻蚀法刻蚀出第一谐振腔和第二谐振腔。
入射光从第一谐振腔直波导的一侧以任意角度入射，并经过第一谐振腔与第二谐振腔之间发生耦合作用从第一谐振腔另一侧出射，在波导中会产生可以克服衍射极限的SPPs，SPPs将沿着第一谐振腔向另一侧传播。
本技术方案中，Fano共振波长与其对应的透射率可通过调整第一谐振腔和第二谐振腔的几何参数来进行灵活的定量调节，从而实现较高的检测能力。在第一谐振腔和第二谐振腔中填充不同种类的水溶性B族维生素溶液，由于水溶性B族维生素溶液的折射率与其对应的浓度呈线性关系，并且不同的种水溶性B族维生素对应着不同的折射率，所以同等浓度的不同种水溶性B族维生素的改变时，会导致其对应的折射率发生改变，从而改变共振波长的位置，实现对不同种水溶性B族维生素的检测。
上述水溶性B族维生素检测传感器可以得到共振波长位移与同等浓度的水溶性B族维生素的折射率成一一对应的关系，且随着水溶性B族维生素的改变，共振波长位置会发生偏移现象。
在实际应用中，当第一谐振腔和第二谐振腔参数固定时，由于加入的水溶性B族维生素的种类不同，会使得其对应的折射也会不同，从而影响共振波长位置的变化，通过频谱测量仪测量出共振波长位置的变化量，即可快速准确的检测出不同种的水溶性B族维生素。
上述水溶性B族维生素检测传感器可通过调整第一谐振腔和第二谐振腔的几何参数以调控传感器的共振波长，进而使该传感器实现多波长的工作应用。
上述传感器之所以能适用于纳米级别的水溶性B族维生素的检测传感等领域，是因为采用基于SPPs的Fano共振原理，SPPs具有体积小、响应快、能克服衍射极限的优点。
这种传感器具有灵敏度高、精度好、响应快、制备简单、可靠性高的优点，适用于纳米级别传感需求。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.基底层 2.金属层 3. 第一谐振腔 4.第二谐振腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐释，但不是对本发明的限定。
实施列：
参照图1，一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器，包括自下而上顺序叠接的基底层1和金属层2，所述的金属层2中设有贯穿金属层2的第一谐振腔3，第一谐振腔3呈直波导状，第一谐振腔3呈直波导状的中部设有向外侧延伸的呈半圆状的凸起部，金属层2中在第一谐振腔3的凸起部同侧位置的旁边处设有第二谐振腔4，第二谐振腔4的截面呈椭圆环状，第一谐振腔3和第二谐振腔4不相通，第一谐振腔3和第二谐振腔4的腔内分别填充有同等浓度不同种水溶性B族维生素溶液，如维生素B1、B3和B6溶液。
本例基底层1的材料为二氧化硅。
本例金属层2的材料为金属单质银。
所述第一谐振腔3和第二谐振腔4腔体厚度与金属层2的厚度一致。
所述第一谐振腔3和第二谐振腔4的外形尺寸大小均可调。
这种水溶性B族维生素检测传感器采用气相沉积法通过在基底层1上沉积金属层2，然后通过电子束刻蚀法刻蚀出第一谐振腔3和第二谐振腔4。
入射光从第一谐振腔3直波导的一侧以任意角度入射，并经过第一谐振腔3与第二谐振腔4之间发生耦合作用从第一谐振腔3另一侧出射，在波导中会产生可以克服衍射极限的SPPs，SPPs将沿着第一谐振腔3向另一侧传播。
本例中，Fano共振波长与其对应的透射率可通过调整第一谐振腔3和第二谐振腔4的几何参数来进行灵活的定量调节，从而实现较高的检测能力。在第一谐振腔3和第二谐振腔4中填充不同种类的水溶性B族维生素溶液，由于水溶性B族维生素溶液的折射率与其对应的浓度呈线性关系，并且不同的种水溶性B族维生素对应着不同的折射率，所以同等浓度的不同种水溶性B族维生素的改变时，会导致其对应的折射率发生改变，从而改变共振波长的位置，实现对不同种水溶性B族维生素的检测。
本例水溶性B族维生素检测传感器可以得到共振波长位移与同等浓度的水溶性B族维生素的折射率成一一对应的关系，且随着水溶性B族维生素的改变，共振波长位置会发生偏移现象。
在实际应用中，当第一谐振腔3和第二谐振腔4参数固定时，由于加入的水溶性B族维生素的种类不同，会使得其对应的折射也会不同，从而影响共振波长位置的变化，通过频谱测量仪测量出共振波长位置的变化量，即可快速准确的检测出不同种的水溶性B族维生素。
本例水溶性B族维生素检测传感器可通过调整第一谐振腔3和第二谐振腔4的几何参数以调控传感器的共振波长，进而使该传感器实现多波长的工作应用。
本例传感器之所以能适用于纳米级别的水溶性B族维生素的检测传感等领域，是因为采用基于SPPs的Fano共振原理，SPPs具有体积小、响应快、能克服衍射极限的优点。
Claims (3)
1.一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器，其特征在于，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层中设有贯穿金属层的第一谐振腔，第一谐振腔呈直波导状，第一谐振腔呈直波导状的中部设有向外侧延伸的呈半圆状的凸起部，金属层中在第一谐振腔的凸起部同侧位置的旁边处设有第二谐振腔，第二谐振腔的截面呈椭圆环状，第一谐振腔和第二谐振腔不相通，第一谐振腔和第二谐振腔的腔内分别填充有同等浓度不同种水溶性B族维生素溶液。
2.根据权利要求1所述的基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器，其特征在于，所述第一谐振腔和第二谐振腔腔体厚度与金属层的厚度一致。
3.根据权利要求1所述的基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器，其特征在于，所述第一谐振腔和第二谐振腔的外形尺寸大小均可调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110825017.0A CN113484280A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110825017.0A CN113484280A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113484280A true CN113484280A (zh) | 2021-10-08 |
Family
ID=77941908
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110825017.0A Withdrawn CN113484280A (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113484280A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114509845A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-17 | 苏州熹联光芯微电子科技有限公司 | 一种微环谐振器以及电子器件 |
-
2021
- 2021-07-21 CN CN202110825017.0A patent/CN113484280A/zh not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114509845A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-17 | 苏州熹联光芯微电子科技有限公司 | 一种微环谐振器以及电子器件 |
| CN114509845B (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-12 | 苏州熹联光芯微电子科技有限公司 | 一种微环谐振器以及电子器件 |
| WO2023201926A1 (zh) * | 2022-04-21 | 2023-10-26 | 苏州熹联光芯微电子科技有限公司 | 微环谐振器以及电子器件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A review for optical sensors based on photonic crystal cavities | |
| Jokerst et al. | Chip scale integrated microresonator sensing systems | |
| CN112881339B (zh) | 基于Fano共振的侧边耦合波导谐振腔的溶液浓度传感器 | |
| Yang et al. | Ultrahigh-$ Q $ and Low-Mode-Volume Parabolic Radius-Modulated Single Photonic Crystal Slot Nanobeam Cavity for High-Sensitivity Refractive Index Sensing | |
| Olyaee et al. | Nano-pressure sensor using high quality photonic crystal cavity resonator | |
| Xu et al. | A nanoscale structure based on a ring with matchstick-shape cavity for glucose concentration and temperature detection | |
| CN215525527U (zh) | 一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 | |
| Zhao et al. | Localized surface plasmon resonance sensing structure based on gold nanohole array on beveled fiber edge | |
| Mansouri et al. | Numerical modeling of an integrable and tunable plasmonic pressure sensor with nanostructure grating | |
| CN113484280A (zh) | 一种基于Fano共振的水溶性B族维生素检测传感器 | |
| Liu et al. | Dual-detection-parameter SPR sensor based on graded index multimode fiber | |
| Su et al. | High-sensitivity optical fiber temperature sensor with cascaded configuration of MZI and FPI based on Vernier effect | |
| Zeng et al. | An integrated-plasmonic chip of Bragg reflection and Mach-Zehnder interference based on metal-insulator-metal waveguide | |
| CN113281301B (zh) | 一种圆环-矩形谐振腔结构的折射率、温度传感器 | |
| CN112858220A (zh) | 一种基于加齿直角三角形谐振腔的多Fano共振纳米折射率传感器 | |
| CN104570219A (zh) | 一种基于周期波导微腔谐振干涉效应的集成光学传感器 | |
| Agarwal et al. | Photonic crystal cavities based biosensors: a review | |
| CN111076840A (zh) | 基于呈月牙状谐振腔的温度传感器 | |
| CN208043656U (zh) | 一种基于温度自补偿的spr光纤传感器 | |
| Li et al. | Highly sensitive refractive index sensor based on a TiO 2 nanowire array | |
| CN114062309B (zh) | 基于近红外波段双峰pcf浓度与磁场双参量传感系统 | |
| CN114136846B (zh) | 一种基于布拉格光栅的纳米粒子探测谐振腔结构 | |
| CN109115359A (zh) | 一种基于混合等离子体波导的温度传感器 | |
| Yin et al. | High FOM Refractive Index Sensor Based on Quasi-Bound States in the Continuum of Tri-Prism Metasurface | |
| CN109580545B (zh) | 一种基于超材料结构的新型微纳折射率传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20211008 |