CN212180994U - 一种高灵敏度磁感应强度传感器 - Google Patents
一种高灵敏度磁感应强度传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212180994U CN212180994U CN202020269581.XU CN202020269581U CN212180994U CN 212180994 U CN212180994 U CN 212180994U CN 202020269581 U CN202020269581 U CN 202020269581U CN 212180994 U CN212180994 U CN 212180994U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film
- magnetic induction
- prism
- sensor
- membrane
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 17
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 4
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种高灵敏度磁感应强度传感器，所述的传感器结构从下到上包括棱镜、ITO膜、SiO2膜、AlN膜、样品池和磁流体。本实用新型传感器基于Fano共振模式，灵敏度高，速度快，抗干扰能力强。本实用新型传感器具有很高的灵敏度，灵敏度可达0.047nm/Oe。
Description
技术领域
本实用新型属于光学领域，具体涉及一种基于Fano共振进行磁感应强度检测的高灵敏度传感器。
背景技术
表面等离子体共振是一种电磁波以一定角度从棱镜入射到金属电介质交界面时，引起的金属表面等离子体集体震荡的物理现象。表面等离子体共振对金属附近电解质的厚度和折射率非常敏感，可以作为表面等离子体共振传感器用于检测相关参数的变化。但是由于材料和结构本身的限制，表面等离子体共振传感器的灵敏度受到限制，不能满足对当今高灵敏度和高分辨率的需求。
在表面等离子体共振的基础上引入平面波导结构，两者之间可以相互耦合形成一种非对称线形的Fano共振。Fano共振具有共振峰狭窄、变化剧烈的非对称谱线特征，对周围环境的变化极其敏感，有广泛的应用前景。
磁流体材料是由磁性粒子、表面活性剂和基液三者混合而成的一种新型磁性纳米功能性材料。随着磁感应强度的改变，磁流体的微观结构会发生改变，从而导致其折射率也随之改变。
发明内容
本实用新型的目的是解决现有技术存在的缺陷，将Fano共振技术和磁流体材料相结合，并将其应用在磁感应强度测量领域，提供一种高灵敏度磁感应强度传感器。
本实用新型提供了一种高灵敏度磁感应强度传感器，该传感器结构从下到上包括棱镜、ITO膜、SiO2膜、AlN膜、样品池和磁流体。
进一步地，所述的棱镜材料为Ge20Ga5Sb10S65。
进一步地，所述的ITO膜厚度为50-200nm。
进一步地，所述的SiO2膜厚度为200-2000nm。
进一步地，所述的A1N膜厚度为100-1000nm。
进一步地，所述的样品池是由聚二甲基硅烷垫圈挤压连接至A1N膜表面。
进一步地，所述的磁流体为1.2％的水基Fe3O4磁流体。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型采用特殊结构，既能在ITO膜和SiO2膜交界面产生表面等离子体波，又能利用SiO2膜、AlN膜和磁流体产生平面波导模式，表面等离子体波和平面波导耦合形成Fano共振，共振峰谱线更加狭窄，进一步提高传感器的灵敏度。本实用新型的传感器结构简单，灵敏度高，速度快，抗干扰能力强。
附图说明
图1是本实用新型实施例结构示意图。
图2是本实用新型实施例的反射光反射率随波长变化的曲线示意图。
图3是本实用新型实施例的反射率最小值的波长位置随磁流体折射率变化的曲线示意图。
图4是本实用新型实施例的反射率最小值的波长位置随磁感应强度变化的曲线示意图。
图中1-棱镜，2-ITO膜，3-SiO2膜，4-AlN膜，5-样品池，6-磁流体。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种高灵敏度磁感应强度传感器，包括棱镜1、ITO膜2、SiO2膜3、AlN膜4、样品池5、磁流体6。棱镜1位于最下方，ITO膜2位于棱镜1上方，SiO2膜3位于ITO膜2上方，AlN膜4位于SiO2膜3上方，样品池5位于AlN膜4上方，磁流体6位于样品池5内部。所述棱镜1和ITO膜2用于激发表面等离子体波，所述SiO2膜、AlN膜和磁流体6用于激发平面波导模式，表面等离子体波和平面波导耦合形成Fano共振。Fano共振具有狭窄的非对称共振峰，对周围环境的变化极其敏感。在波长检测模式下，当外界环境折射率变化时，Fano共振的反射率最小值的波长位置会随之发生变化。
当一束P型偏振光以50.6°入射到棱镜1时，一部分光进入棱镜1上方的ITO膜2、SiO2膜3、AlN膜4和磁流体6中，耦合后激发Fano共振，另一部分光发生反射从棱镜1中射出后进入光谱仪中，以检测反射光中的光谱信息。通过测量反射光的光谱信息，可以发现反射光反射率最小值的波长位置随磁流体的折射率的变化而发生变化。根据磁流体本身的折射率随着外界磁感应强度的变化而改变的特性，就可以建立起反射光反射率最小值的波长位置随外界磁感应强度变化的函数关系。
进一步地，所述的棱镜1为Ge20Ga5Sb10S65棱镜，ITO膜2的厚度为110nm；SiO2膜3厚度为900nm，AlN膜4厚度为410nm，磁流体6为1.2％的水基Fe3O4磁流体。当外界磁感应强度为60Oe时，此时测得的反射光反射率随波长变化的曲线示意图如图2所示。当外界磁感应强度发生变化时，磁流体的折射率会发生变化，此时测得的反射光反射率最小值的波长位置随折射率变化的曲线示意图如图3所示。从图中可以看出，当待测介质的折射率变化Δn＝0.002RIU时，反射光反射率最小值的波长位置变化约2nm。根据磁流体本身的折射率随着外界磁感应强度的变化关系和反射光反射率最小值的波长位置随折射率的变化关系，即可以得出反射率最小值的波长位置随磁感应强度变化的曲线示意图如图4所示。从图中可以看出，当外界磁感应强度变化120Oe时，反射光反射率最小值的波长位置变化约5.6nm，可以计算出该传感器的灵敏度为0.047nm/Oe。
Claims (5)
1.一种高灵敏度磁感应强度传感器，其特征在于所述的高灵敏度磁感应强度传感器结构从下到上包括棱镜、ITO膜、SiO2膜、AlN膜、样品池和磁流体，其中棱镜位于最下方，ITO膜位于棱镜上方，SiO2膜位于ITO膜上方，AlN膜位于SiO2膜上方，样品池呈圆环形位于AlN膜上方，磁流体位于样品池内部。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏度磁感应强度传感器，其特征在于所述的棱镜为Ge20Ga5Sb10S65棱镜。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏度磁感应强度传感器，其特征在于所述的ITO膜厚度为80-200nm。
4.根据权利要求1所述的一种高灵敏度磁感应强度传感器，其特征在于所述的SiO2膜厚度为200-2000nm。
5.根据权利要求1所述的一种高灵敏度磁感应强度传感器，其特征在于所述的AlN膜厚度为100-1000nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020269581.XU CN212180994U (zh) | 2020-03-07 | 2020-03-07 | 一种高灵敏度磁感应强度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020269581.XU CN212180994U (zh) | 2020-03-07 | 2020-03-07 | 一种高灵敏度磁感应强度传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212180994U true CN212180994U (zh) | 2020-12-18 |
Family
ID=73778596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202020269581.XU Expired - Fee Related CN212180994U (zh) | 2020-03-07 | 2020-03-07 | 一种高灵敏度磁感应强度传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212180994U (zh) |
-
2020
- 2020-03-07 CN CN202020269581.XU patent/CN212180994U/zh not_active Expired - Fee Related
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Review of surface plasmon resonance and localized surface plasmon resonance sensor | |
| KR101279419B1 (ko) | 고민감도 국소 표면 플라즈몬 공진 센서 및 이를 이용한 센서 시스템 | |
| CN105973846B (zh) | 一种可实现三次Fano共振的MIM型纳米棒二聚体 | |
| CN102798615A (zh) | 一种基于周期性纳米结构的生物传感器及其制备方法 | |
| CN102095719A (zh) | 基于表面等离子共振和受激拉曼散射的光纤型传感系统 | |
| Liu et al. | Polarization state-based refractive index sensing with plasmonic nanostructures | |
| CN110376162A (zh) | 一种基于pit效应的石墨烯折射率传感器 | |
| CN111337445A (zh) | 一种基于角度扫描增强红外光谱吸收的介质超表面 | |
| CN212180994U (zh) | 一种高灵敏度磁感应强度传感器 | |
| CN103245635B (zh) | 基于导波共振的传感器及其制备方法 | |
| CN203534964U (zh) | 基于金属光栅的表面等离子体共振生物传感装置 | |
| CN103543128A (zh) | 一种基于自支撑光栅结构的传感器及其制备方法 | |
| CN102954950A (zh) | 一种基于周期性纳米介质颗粒的生物传感器及其制备方法 | |
| CN112014332A (zh) | 一种表面等离子体共振光纤传感器及检测方法 | |
| CN216746487U (zh) | 一种级联微球腔的双参数光纤传感器 | |
| CN207816820U (zh) | 一种表面等离子体共振传感器 | |
| CN210108951U (zh) | 一种基于Fano共振的蛋白质传感器 | |
| CN111239082A (zh) | 一种基于石墨烯-银光栅的表面等离子体共振传感器 | |
| TWI481855B (zh) | Surface plasmon resonance detection system with multilayer film structure | |
| CN112414970A (zh) | 表面等离激元的开口方环谐振腔的葡萄糖溶液测量装置 | |
| Prabowo et al. | The Trade-Off Performance of Surface Plasmon Resonance Sensing Utilizing Thin Layer Oxide under the Metal Layer | |
| CN110057784A (zh) | 一种基于Fano共振的蛋白质传感器及其制备方法 | |
| CN217425200U (zh) | 基于银膜亚波长圆孔阵列传感单元的eot折射率传感器 | |
| Bao et al. | Concentration sensor with multilayer thin film-coupled surface plasmon resonance | |
| CN109030423A (zh) | 金属纳米槽二维光栅传感器芯片及其在生化测试中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20201218 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |