發(fā)布時間：2021-11-25 13:11

　　設(shè)計了一種基于Fano共振的等離子體折射率納米傳感器,傳感器由帶存根諧振腔的直波導(dǎo)耦合開口方環(huán)諧振器組成。使用有限元分析法研究了該傳感器結(jié)構(gòu)的傳輸特性,并分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)傳感特性的影響。計算結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可以激發(fā)Fano共振,且共振峰的位置和線型可以通過改變關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),該結(jié)構(gòu)的靈敏度值可以達(dá)到1125.7nm/RIU,品質(zhì)因數(shù)為30.01。該結(jié)構(gòu)在光學(xué)集成回路方面具有潛在的應(yīng)用前景,尤其是在納米生物傳感器方面。 

【文章來源】：激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2020,57(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

傳感器系統(tǒng)、僅有存根的MIM波導(dǎo)、SSR的透射光譜

由SSR、帶存根諧振腔的MIM波導(dǎo)組成的二維平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)在實驗制備過程中，可以采用電子束曝光和剝離工藝制作。制作步驟為：1）襯底上鍍一層金屬層，襯底可以選用SiO2等非吸收性材料；2）利用電子束曝光和剝離工藝在金屬層上刻蝕出上述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。通過建立基于FEM的幾何分析模型探究其光學(xué)響應(yīng)特性。MIM波導(dǎo)、SSR的寬度w=50nm，以確保僅支持基本橫向磁模（TM0)[28]。通過在規(guī)則方環(huán)上引入一個分裂過程得到SSR,l為SSR分裂的寬度，分裂的方向由x軸和分裂中心之間的夾角θ（這里是0°）來定義，如圖1所示。a和b分別為SSR的長度和寬度，d和h分別為MIM波導(dǎo)中加入的存根寬度和高度，g為耦合距離。為了分析耦合結(jié)構(gòu)的光學(xué)響應(yīng)特性，使用COMSOL軟件建立幾何分析模型。模擬中采用較細(xì)化的任意三角形進(jìn)行網(wǎng)格剖分，設(shè)置了銀的相對介電常數(shù)、空氣的折射率等相關(guān)計算參量，并采用完美匹配層包裹整個結(jié)構(gòu)，使面光源從入射端口自左向右平行入射，在輸出端口監(jiān)測輸出，求解偏微分方程，進(jìn)行仿真計算，得到耦合結(jié)構(gòu)在不同入射光頻率下的透射譜。透射率可以表示為T=(S21)2，其中S21為輸入口P1到輸出口P2的透射系數(shù)。

模擬中，首先研究分裂在MIM波導(dǎo)環(huán)中的作用，并分別計算完整方環(huán)與MIM波導(dǎo)耦合的透射譜和SSR與MIM波導(dǎo)耦合的透射譜。SSR的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：a=300nm；θ=0°；b=240nm。耦合SSR和完整方環(huán)諧振器的透射光譜的比較如圖2所示。與完整環(huán)相比，SSR透射譜在波長λ=805nm處出現(xiàn)了新的共振模式。為了理解傳輸特性，圖2中插入了側(cè)耦合SSR的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在諧振波長處的磁場分布。如圖2插圖所示，磁場分布表現(xiàn)出不同的對稱性。波長λ=1175nm時，磁場分布是關(guān)于開口呈軸對稱的，場分布中有2個節(jié)點。波長λ=805nm時，磁場分布關(guān)于開口軸是不對稱的，場分布中有3個節(jié)點。因此，根據(jù)磁場的對稱性，可以將SSR的共振模式分為對稱模式和非對稱模式，這兩個共振波谷分別對應(yīng)m=1的對稱模（λ=1175nm）和m’=1的非對稱模（λ=805nm)[30]。我們把新出現(xiàn)的共振模式歸因于結(jié)構(gòu)的對稱性破壞。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]雙金屬擋板金屬-電介質(zhì)-金屬波導(dǎo)耦合方形腔的Fano共振傳感特性[J]. 陳穎,曹景剛,許揚(yáng)眉,高新貝,謝進(jìn)朝,唐心亮,李少華.  中國激光. 2019(02)
[2]含矩形腔的MIM波導(dǎo)耦合T型腔結(jié)構(gòu)Fano共振傳感特性研究[J]. 陳穎,許揚(yáng)眉,高新貝,曹景剛,謝進(jìn)朝,朱奇光,李少華.  中國激光. 2019(01)
[3]內(nèi)嵌矩形金屬塊納米圓盤結(jié)構(gòu)等離子體多通道波分復(fù)用器研究[J]. 肖功利,徐俊林,楊宏艷,韋清臣,竇婉瀅,楊秀華,李海鷗,張法碧,孫堂友.  光學(xué)學(xué)報. 2018(12)
[4]含金屬雙縫的金屬-電介質(zhì)-金屬波導(dǎo)耦合環(huán)形腔Fano共振慢光特性研究[J]. 陳穎,羅佩,田亞寧,劉曉飛,趙志勇,朱奇光.  光學(xué)學(xué)報. 2017(09)
[5]鋁納米顆粒表面等離子體共振峰可控性研究[J]. 馬守寶,劉瓊,錢曉晨,洪瑞金,陶春先.  光學(xué)學(xué)報. 2017(09)



本文編號：3518208