专利名称：一种基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面等离子体共振技术领域，尤其涉及一种基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器。
背景技术：
近几十年来，表面等离子体共振技术受到了越来越多的关注，在食品、制药、化工、临床检验有着广泛地应用。表面等离子体技术的实时监测和无需标定的优点使其在生物监测上有着十分明显的优势。传统的体棱镜式的表面等离子体共振传感器如图I所示，它的技术缺点是器件体 积庞大，成本高，且同时只能探测一种物质。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器。本发明解决其技术问题采用的技术方案是一种基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器，它包括输入波导阵列、自由传播区、第一金属传感层、第二金属传感层、输出波导阵列和探测器阵列等；其中，所述自由传播区上具有自由传播区反射端平面和自由传播区反射端曲面；第一金属传感层镀在自由传播区反射端平面上，第二金属传感层镀在自由传播区反射端曲面上，第一金属传感层上蚀刻了第一深刻蚀槽，第二金属传感层上蚀刻了第二深刻蚀槽；输出波导阵列的两端分别为自由传播区和探测器阵列；输入波导阵列、输出波导阵列、探测器阵列和自由传播区一体形成；所述第一金属传感层和第二金属传感层的材料为银。本发明具有的有益效果是本发明采用双反射面，同时增加了一个深刻蚀槽，可以提高传感器的探测精度或同时探测两种物质；第二个反射面采用曲面作为反射面，增大了反射光线的发散角度，从而提高了传感器的灵敏度；使用氮氧化硅材料，可以得到更高的灵敏度和更大的信噪比；采用平面集成光波导制作工艺和微流体技术，为该光传感器的小型化、集成化提供了可能。
图I是体棱镜式的基于平面反射的等离子体共振光学传感器结构示意 图2是被曲面反射的光线发散角度示意 图3是本发明实施方式结构示意 图4是本发明第一自由传播区反射端平面的局部剖面示意 图5是本发明第二自由传播区反射端平面的局部剖面示意 图6是本发明入射波导末端结构 图7是本发明不同被测物质折射率下的反射率随入射角度变化图；图8是本发明同种被测物质的反射率随入射角变化 图9是本发明使用术语定义释义 图中输入波导阵列I、自由传播区2、第一金属传感层3、自由传播区反射端平面4、第一深刻蚀槽5、第二金属传感层6、自由传播区反射端曲面7、第二深刻蚀槽8、输出波导阵列9、探测器阵列10。
具体实施方式
本光学传感器基于的原理是表面等离子体共振技术。当光入射到介质-金属-被测物质界面时，当入射角满足全反射条件时会产生倏逝波，而在某特定入射角(若固定波长)的条件下，倏逝波满足共振条件，从而激发表面等离子体波。被测物质的折射率与共振角有关，当改变被测物质的折射率时，激发表面等离子体波的共振角会有相应的变化，从而我们可以通过共振角的偏移可以推断出被测物质的折射率的变化。下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图2-5所示，本发明基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器包括输入波导阵列I、自由传播区2、第一金属传感层3、第二金属传感层6、输出波导阵列9、探测器阵列10 ；自由传播区2上具有自由传播区反射端平面4和自由传播区反射端曲面7 ;第一金属传感层3镀在自由传播区反射端平面4上，第二金属传感层6镀在自由传播区反射端曲面7上，第一金属传感层3上蚀刻了第一深刻蚀槽5，第二金属传感层6上蚀刻了第二深刻蚀槽8。输出波导阵列9的两端分别为自由传播区2和探测器阵列10 ;输入波导阵列I、输出波导阵列9、探测器阵列10和自由传播区2 —体形成。第一金属传感层3可以通过在自由传播区反射端平面4的侧面溅射金属形成，第二金属传感层6可以通过在自由传播区反射端曲面7的侧面溅射金属形成。本发明的工作过程如下输入波导阵列I中的每根输入波导末端为渐变展宽的梯形结构，控制入射光的角度范围。被测物质可以装入第一深刻蚀槽5和第二深刻蚀槽8，因而本发明的基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器可以同时探测两种物质。入射光从输入波导阵列I中的一根波导引入，进入自由传播区2的一端，再发散到达自由传播区反射端平面4，由自由传播区反射端平面4反射后到达自由传播区反射端曲面7，再由自由传播区反射端曲面7反射，反射光通过输出波导阵列9到达探测器阵列10。在固定偏振态和入射波长下，当角度范围内某一角度的入射光束经自由传播区反射端平面4产生表面等离子体共振时，光能将会耦合到等离子体波，从而相应角度的反射光能量急剧下降，反射光束再经自由传播区传播到自由传播区反射端曲面，另一特定角度的反射光将产生表面等离子体共振，该角度的光的能量急剧下降，再经过输出波导阵列9到达探测器阵列10，探测器阵列10就会探测到反射光能量的分布，不同入射角度的光，对应不同的输出波导阵列9中波导，在两个共振角度对应的波导出现两个共振峰(即反射强度最低值)。通过这两个共振峰的差距，可以同时得到两个被测物质的折射率。所用的光波导材料为氮氧化硅，芯层材料为氮氧化硅，上下包层为二氧化硅。通过合理的设置输入光波导的结构可以保证单模输入，并且在光进入自由传播区2后可以获得不同范围的发散角度的入射光。图6给出了入射波导末端结构示意图。入射光经过平板波导自由传播区2到达介质-金属-被测物质界面，由全反射产生倏逝波，倏逝波的传播常数为
权利要求
1.一种基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器，其特征在于，它包括输入波导阵列(I)、自由传播区(2)、第一金属传感层(3)、第二金属传感层(6)、输出波导阵列(9)和探测器阵列(10)等；其中，所述自由传播区(2)上具有自由传播区反射端平面(4)和自由传播区反射端曲面(7);第一金属传感层(3)镀在自由传播区反射端平面(4)上，第二金属传感层(6)镀在自由传播区反射端曲面(7)上，第一金属传感层(3)上蚀刻了第一深刻蚀槽(5)，第二金属传感层(6)上蚀刻了第二深刻蚀槽(8);输出波导阵列(9)的两端分别为自由传播区(2)和探测器阵列(10);输入波导阵列(I)、输出波导阵列(9)、探测器阵列(10)和自由传播区(2) —体形成。
2.根据权利要求I所述基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器，其特征在于，所述第一金属传感层(3)和第二金属传感层(6)的材料为银。
全文摘要
本发明公开了一种基于双反射面的表面等离子体共振光波导传感器，它包括输入波导阵列、自由传播区、两个金属传感层、输出波导阵列和探测器阵列；两个金属传感层分别镀在自由传播区的自由传播区反射端平面和自由传播区反射端曲面上，两个金属传感层上均蚀刻了深刻蚀槽；入射光从输入波导阵列中的一根波导引入，进入自由传播区的一端，依次经由自由传播区反射端平面和自由传播区反射端曲面反射后，再通过输出波导阵列到达探测器阵列。本发明采用两个反射面，可以大大提高传感器的探测精度，也可以同时探测两种物质，节省了大量地探测时间；采用曲面作为反射面，提高了探测范围和精度，减小了传播要求的空间距离，大大减小了传感器的尺寸。
文档编号G01N21/41GK102735655SQ201210242530
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者何建军, 张伟, 李明宇 申请人:浙江大学