一种周期性孔阵列结构的等离激元传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种传感器，具体涉及一种周期性孔阵列结构的等离激元传感器，属于微纳光子技术领域。
【背景技术】
[0002]光学异常透射(ExtraordinaryOptical Transmiss1n, EOT)特性表现为:当光入射到具有亚波长周期孔阵列的金属薄膜时，光的透射效率得到了极大的增强，突破了传统孔径理论的限制。自1998年Ebbesen等人阐述这种EOT现象以来，关于此方面的研究得到了广泛的关注，并在许多方面得到了重要的应用。与此同时，科研人员发现通过改变孔阵列结构的周期、金膜厚度、孔的形状、金属材料、光入射角度等参数，可以有效调节透射峰的位置，以及透射率的大小。这些在生物传感、光学滤波器、新型光源和光学存储等方面都具有极其广阔的应用前景。
[0003]关于光学异常透射(EOT)现象的物理机理的解释，Genet和Ebbesen发现纳米孔阵列的EOT现象源于入射光与表面等离激元(SPPs)的耦合:当孔阵列的周期所对应的倒格矢与SPPs的动量匹配时，SPPs容易被激发，并通过孔穿到薄膜的另一面。表面等离激元(SPPs)是一种特殊的电磁波，是在入射光的激发下金属表面的自由电子发生集体振荡所产生的。这种特殊的电磁波沿着金属表面的方向传播，并在垂直于金属表面的方向上呈指数衰减，故也被称为传导型表面等离激元。在表面非常粗糙的金属膜或形成曲面结构的金属(如球体、柱体等)周围，其表面等离激元不能以波的形式沿界面传播，而是被局域在这些结构的表面附近，被称为局域表面等离激元(LSPs)，由于LSPRs具有克服衍射极限的能力、最小化尺寸和电场约束的独特性能，LSPRs在周期性金属纳米孔阵列结构(一般包括圆形、矩形、三角形或是两种不同结构复合孔的纳米结构)具有重要作用。
[0004]随着纳米科学的不断进步，表面等离激元已经发展成为了一门新兴的学科，并在生物、化学、信息、能源等领域得到了广泛的应用。近年，关于对光学异常透射EOT效应的研究层出不穷。科研工作者们纷纷通过优化亚波长孔阵列周期结构的各项参数，提高光透射的性能。例如，2013年Liu J Q等人使用双套圆孔排列成矩形纳米孔阵列结构，2014年Zhang X等人设计了复合纳米孔阵列结构，均对光学异常透射EOT特性的研究具有重要的参考意义。
[0005]随着科学技术的不断发展，传感器作为一种传输信息的载体，在通信、医疗、军事、自动控制等领域有着广泛的应用。但传统的传感器由于受体积、稳定性等条件的限制，不能很好的适应光电子技术发展的需要。而表面等离激元光学传感器因其体积小、功耗低、可靠性高等一系列的优点，引起了越来越多人的注意。但现有的表面等离激元光学传感器一般是在金属膜上只设置一种周期孔阵列(如圆形、矩形)结构，该种结构的表面等离激元光学传感器的光的透射率低，且较难通过调节孔阵列的各参数以获得可选择透射峰的位置。
【实用新型内容】
[0006]针对上述的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光透射率高的周期性孔阵列结构的等离激元传感器，并通过改变孔阵列结构的各参数达到调节其透射光谱的目的。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0008]—种周期性孔阵列结构的等离激元传感器，包括金属膜，所述金属膜上均匀排列设置有N个周期的单位孔阵列结构，每个周期的单位孔阵列结构为在金属膜上开设有一中心孔，在中心孔的外部对称设有一对连接孔，所述连接孔均通过刻蚀于金属膜上的纳米狭缝与中心孔相连接，且中心孔、连接孔和纳米狭缝一体成型并贯通于金属膜的上下表面，中心孔、连接孔及纳米狭缝的内部空间填充有介质层，其中所述N多2的正整数。
[0009]上述方案中，所述金属膜的厚度可以任意一种符合等离激元传感器工作条件的厚度，为提高传感器的性能，所述金属膜的厚度具体可以为50nm。
[0010]上述方案中，所述纳米狭缝的宽度可以为25?55nm。
[0011]上述方案中，所述介质层为该等离激元传感器在使用时所处的周围环境(如空气、液体、固体等)，即为声波或光波在传输过程中的传播媒介。因此，所述介质层具体可以是透明空气层、固体层或是其他介质层；进一步地，所述介质层的介电常数可以为1.0?
2.5o
[0012]上述方案中，为使加工简易，每个周期的单位孔阵列结构的长和宽相等。
[0013]上述方案中，所述中心孔具体可以为圆孔，所述连接孔具体可以为矩形孔。
[0014]上述方案中，进一步地，所述圆孔的直径可以为40nm?lOOnm。
[0015]上述方案中，进一步地，所述矩形孔的长度可以大于或等于圆孔的直径。
[0016]上述方案中，进一步优选地，所述矩形孔的长度等于圆孔的直径。
[0017]与现有孔阵列周期结构的等离激元传感器相比，本实用新型的优点为:
[0018]1、通过采用由圆孔及对称设于圆孔两侧的矩形孔(矩形孔与圆孔之间通过纳米狭缝连接)构成的单位孔阵列结构，在金属膜上周期均匀排列设置多个相同的单位孔阵列结构，利用该结构中SPPs与LSPRs通过纳米狭缝相互耦合作用，得到增强光透射的等离激元传感器。它具有光透射率高、体积小巧、制作简单的特点；
[0019]2、在制作本等离激元传感器时，可通过改变金属圆孔的直径、矩形孔的长度和宽度、纳米狭缝的宽度或其他结构参数，使制得的等离激元传感器获得可选择透射峰的位置，具有高透射率、可接近红外光谱。
【附图说明】
[0020]图1为本周期性孔阵列结构的等离激元传感器的其中一种结构示意图。
[0021]图2为本周期性孔阵列结构的等离激元传感器中一个周期的单位孔阵列结构的示意图。
[0022]图3为本周期性孔阵列结构的等离激元传感器与对比例的透射光谱图。
[0023]图4为本周期性孔阵列结构的等离激元传感器中采用不同圆孔直径时的透射光谱图。
[0024]图5为本周期性孔阵列结构的等离激元传感器中采用不同纳米狭缝宽度的透射光谱图。
[0025]图6为本周期性孔阵列结构的等离激元传感器中的介质层采用不同的介电常数时的透射光谱图。
[0026]图中标号为:1、金属膜，2、圆孔，3、矩形孔，4、纳米狭缝；
[0027]2r、圆孔的直径，P、单位孔阵列结构的长度，a、矩形孔的长度，b、矩形孔的宽度，d、
纳米狭缝的宽度。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步解释说明，但不用以限制本实用新型。