一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器的制作方法

本实用新型涉及湿度传感器技术领域，特别涉及一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器。

背景技术：

微纳结构由于具有独特的光学特性成为当前光电功能材料与器件的研究热点，周期性微纳结构在光子集成技术、隐身材料、超分辨率成像、电磁波吸收体、辐射调制、光电探测、传感测量等方面具有重要的应用前景。微结构所激发出的表面等离激元可以突破光的衍射极限同时引起局域电场的增强，增强光的电场分量对外部分量异常敏感，可以用于各类传感装置。

湿度是大气环境一个很重要的物理特性，通过测量大气的湿度，可以对各种工作环境和生产环节进行评估，防止湿度过大对设备产生威胁，因此折射率传感器具有重要的现实作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其在可见光-近红外范围能实现大气湿度的实时监测。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，包括石英衬底层，所述石英衬底层上设有用于阻挡透射的反射层，所述反射层上连接有周期性方块阵列，所述方块阵列包括上层的铝方块阵列和下层的氧化铝介质阵列。

更进一步地，还包括一段光纤，所述光纤上开有槽口，方块阵列一侧靠近槽底放置于槽口中；光纤一端设有射入的线偏振光，另一端设有用于接收的光谱分析仪。

更进一步地，光纤入射端设有光源以及将光源的光变为线偏振光的偏振片。

更进一步地，光纤与光谱分析仪之间设有另一偏振片。

更进一步地，反射层为金属铝反射层。

更进一步地，反射层为300nm厚。

更进一步地，铝方块阵列为50nm厚，氧化铝介质阵列为140nm厚。

更进一步地，方块阵列分别沿其两边长方向阵列，且相邻方块之间间隔皆相同。

更进一步地，相邻方块之间间隔皆为80nm。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

使用全光工作，没有电信号参与，可以在复杂电磁环境下工作，通过相对湿度的改变，实现工作波长的漂移。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型放置于光纤中的结构示意图；

图3是湿度分别为20%和98%的反射率对比图；

图4是不同湿度下的反射率对比图。

图中，1、铝方块阵列；11、氧化铝介质阵列；2、反射层；3、石英衬底层；4、光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本实用新型的限制。

一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，如图1所示，包括石英衬底层3，在石英衬底层3上沉积有用于阻挡透射的反射层2，反射层2为300nm厚的金属铝反射层2。

如图1所示，反射层2上连接有周期性方块阵列，方块阵列为方块分别沿其两边长方向阵列而成，方块边长320nm，相邻方块之间间隔皆为80nm，周期性方块阵列大小为500μm*200μm。方块阵列包括上层50nm厚的铝方块阵列1和下层140nm厚的氧化铝介质阵列11。

如图2所示，传感器还包括一段光纤4，光纤4上开有槽口，方块阵列一侧靠近槽底放置于槽口中，方块阵列可通过1nm的ti粘接固定于槽底，亦或者在槽底直接进行制备；光纤4一端设有射入的线偏振光，另一端设有用于接收的光谱分析仪。线偏振光从光纤4一端射入，并在光纤4内不断发射，部分通过方块阵列，并在反射层2作用下反射，再重新进入光纤4，不断反射后从另一端射出，由光谱分析仪进行分析。

光纤4入射端设有光源以及将光源的光变为线偏振光的偏振片，为了防止光纤4内部有限不确定性因素干扰，光纤4与光谱分析仪之间还设有另一偏振片。

装置的制造及使用方法：

1.在石英衬底上沉积300nm厚的铝膜作为反射器，用于阻挡透射。

2.使用胶体球刻印技术配合电子束刻蚀形成周期性的方块氧化铝阵列结构。

3.化学气相沉积法制备50nm厚的铝薄层覆盖方块氧化铝阵列结构，最后使用电子束配合离子束刻蚀法，溅射掉多余的金属铝。

4.使用pmma将整体转移至光纤4侧面，具体包括使用pmma把样品石英衬底一侧包起来，转移到光纤4后，再刻掉pmma；

5.使用宽光源配合偏振片使得线偏振光进入光纤4，由于湿度增加，水分子附着在方块阵列结构表面，可以有效的改变等离激元结构的有效折射率，从而实现共振波长的漂移，最后通过光谱仪来对传感测量相对湿度，其具体数值如图3和图4所示。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，不用于限制本实用新型，本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型技术方案的保护范围内。

技术特征：

1.一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：包括石英衬底层（3），所述石英衬底层（3）上设有用于阻挡透射的反射层（2），所述反射层（2）上连接有周期性方块阵列，所述方块阵列包括上层的铝方块阵列（1）和下层的氧化铝介质阵列（11）。

2.根据权利要求1所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：还包括一段光纤（4），所述光纤（4）上开有槽口，方块阵列一侧靠近槽底放置于槽口中；光纤（4）一端设有射入的线偏振光，另一端设有用于接收的光谱分析仪。

3.根据权利要求2所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：光纤（4）入射端设有光源以及将光源的光变为线偏振光的偏振片。

4.根据权利要求3所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：光纤（4）与光谱分析仪之间设有另一偏振片。

5.根据权利要求1所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：反射层（2）为金属铝反射层（2）。

6.根据权利要求5所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：反射层（2）为300nm厚。

7.根据权利要求1或6所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：铝方块阵列（1）为50nm厚，氧化铝介质阵列（11）为140nm厚。

8.根据权利要求1所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：方块阵列分别沿其两边长方向阵列，且相邻方块之间间隔皆相同。

9.根据权利要求8所述的一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，其特征在于：相邻方块之间间隔皆为80nm。

技术总结
本实用新型公开了一种等离激元结构修饰的光纤湿度传感器，涉及湿度传感器技术领域，解决了湿度过大会对设备产生威胁，但现有技术缺少大气湿度测量装置的问题，包括石英衬底层，所述石英衬底层上设有用于阻挡透射的反射层，所述反射层上连接有周期性方块阵列，所述方块阵列包括上层的铝方块阵列和下层的氧化铝介质阵列。达到了在可见光‑近红外范围能实现大气湿度的实时监测的效果。

技术研发人员：花小敏;周鹏;郑改革;邹秀娟
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2019.10.31
技术公布日：2020.07.14