Mim環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種MM傳感器，尤其涉及一種MM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，屬于微波器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]局域表面等離激元共振((Localizedsurface plasmons resonance，LSPR))是存在于金屬納米顆?；虿贿B續(xù)的金屬納米結(jié)構(gòu)中的電荷密度震蕩受入射光子激發(fā)所產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。在微波段，金屬表面對(duì)電磁波是一種弱束縛，自然界幾乎找不到等離子體頻率處于該波段附近的金屬材料?？逃形⒔Y(jié)構(gòu)如凹槽或者孔洞陣列的結(jié)構(gòu)化金屬表面支持人工局域表面等離激元(Spoof LSPs)的傳播，其電磁特性類似于局域表面等離激元。基于人工表面等離激元能夠在微波毫米波段實(shí)現(xiàn)類似的LSPR現(xiàn)象。傳統(tǒng)諧振式傳感器一般只能在某些特定頻點(diǎn)完成測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)寬帶測(cè)量或傳感。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出基于刻槽MIM環(huán)形結(jié)構(gòu)的人工局域表面等離激元共振傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶高靈敏度的介質(zhì)測(cè)量、傳感。
[0004]一種MM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，包括介質(zhì)基板及其上面MM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)，所述MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、夕卜封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)和絕緣體介質(zhì)組成，所述外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)之間形成環(huán)形結(jié)構(gòu);所述絕緣體介質(zhì)填充在所述環(huán)形結(jié)構(gòu)中；所述內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、夕卜封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)金屬光柵結(jié)構(gòu)上刻蝕有一個(gè)I個(gè)以上沿圓周方向均勻分布的凹槽。
[0005]進(jìn)一步地，所述MIM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器的介質(zhì)板背面設(shè)有微帶線。
[0006]更進(jìn)一步，所述微帶線由一條短金屬貼片和金屬貼片末端的圓盤枝節(jié)結(jié)構(gòu)組合而成。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步:本發(fā)明在較寬頻帶內(nèi)容易產(chǎn)生多個(gè)諧振模式，它周圍介質(zhì)參數(shù)的變化非常敏感，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶高靈敏度的傳感。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的俯視圖；
圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖；
圖3是本發(fā)明表面覆蓋不同厚度的待測(cè)卡片時(shí)的仿真曲線圖；
圖4是本發(fā)明對(duì)不同折射率材料的仿真曲線圖；
其中1-M頂環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)，2-外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽寬度，3-外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽間隔，4-外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽長(zhǎng)度，5-內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽寬度，6-內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽間隔，7-絕緣體介質(zhì)，8-外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的間隔，9-微帶線，10-微帶線末端的圓盤枝節(jié)結(jié)構(gòu)，I1-MIM環(huán)形光柵厚度，12-介質(zhì)板，13-介質(zhì)板的厚度，14-人工局域表面等離激元二極諧振模式，15-人工局域表面等離激元四極諧振模式，16-人工局域表面等離激元六極諧振模式，17-人工局域表面等離激元八極諧振模式。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0010]實(shí)施例一:
參見圖1和圖2，一種MM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，包括介質(zhì)板12及其上面MM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)I，所述MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)I由內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)和絕緣體介質(zhì)7組成，所述外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)之間形成環(huán)形結(jié)構(gòu);所述絕緣體介質(zhì)7填充在所述環(huán)形結(jié)構(gòu)中；所述內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、夕卜封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)金屬光柵結(jié)構(gòu)上刻蝕有一個(gè)I個(gè)以上沿圓周方向均勻分布的凹槽。
[0011]進(jìn)一步地，所述MIM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器的介質(zhì)板12背面設(shè)有微帶線9。
[0012]本實(shí)施例中外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽寬度2為0.38mm、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽間隔3為0.94_、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的間隔8為Imm，內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽寬度5為0.21mm、內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽間隔6為0.52mm，外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)的凹槽長(zhǎng)度4相等，均為3mm。采用位于介質(zhì)板背面的的微帶線9作為激勵(lì)來激發(fā)介質(zhì)板12上MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)I中的人工局域表面等離激元。其中微帶線9末端的圓盤枝節(jié)結(jié)構(gòu)10是為了使更多的電磁波耦合到MM金屬光柵結(jié)構(gòu)上，MM環(huán)形光柵厚度11為0.018mm，非常小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)在介質(zhì)板背面加這種微帶線激勵(lì)容易產(chǎn)生多個(gè)高次諧振模式，且這種人工局域表面等離激元諧振模式對(duì)于周圍介質(zhì)參數(shù)的變化非常敏感，當(dāng)介質(zhì)的厚度或者折射率發(fā)生改變時(shí)，局域表面等離激元共振時(shí)對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)和諧振波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，以此來檢測(cè)周圍環(huán)境的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶高靈敏度的傳感。
[0013]如圖3所示，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)表面覆蓋不同厚度的待測(cè)卡片，選取卡片的厚度分別為0.18mm、0.54mm、1.26mm，從圖中可以看到，本發(fā)明基于MIM環(huán)形結(jié)構(gòu)的人工局域表面等離激元傳感器對(duì)于介質(zhì)卡片厚度的變化非常敏感。
[0014]如圖4所示，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)表面覆蓋不同折射率的介質(zhì)材料，當(dāng)選取的介質(zhì)材料的折射率分別為1、1.2、1.6和2，從圖可以看到人工局域表面等離激元二極、四極、六極、八極諧振模式對(duì)應(yīng)的諧振頻率有很明顯的偏移。
[0015]本發(fā)明提出的一種基于刻槽MM環(huán)形結(jié)構(gòu)的人工局域表面等離激元傳感器，通過在介質(zhì)板背面加圓盤枝節(jié)的微帶線激勵(lì)容易產(chǎn)生多個(gè)高次諧振模式，且這種人工局域表面等離激元諧振模式對(duì)于周圍介質(zhì)參數(shù)的變化非常敏感，當(dāng)介質(zhì)的厚度或者折射率發(fā)生改變時(shí)，人工局域表面等離激元共振時(shí)對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)和諧振波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，通過檢測(cè)共振時(shí)對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)和諧振波長(zhǎng)，可以檢測(cè)周圍環(huán)境的變化，從而能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶高靈敏度的傳感。本發(fā)明與傳統(tǒng)的微波傳感器相比，克服傳統(tǒng)諧振式傳感器只能在某些特定頻點(diǎn)完成測(cè)量，實(shí)現(xiàn)寬帶的傳感，并且空間分辨率高，有更好的測(cè)量靈敏度。
[0016]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種MM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，其特征在于:包括介質(zhì)板(12)及其上面MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)(I)，所述MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)(I)由內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)和絕緣體介質(zhì)(7)組成，所述外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)與內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)之間形成環(huán)形結(jié)構(gòu);所述絕緣體介質(zhì)(7 )填充在所述環(huán)形結(jié)構(gòu)中；所述內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)金屬光柵結(jié)構(gòu)上刻蝕有一個(gè)I個(gè)以上沿圓周方向均勻分布的凹槽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，其特征在于:所述MIM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器的介質(zhì)板(12)背面設(shè)有微帶線(9)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，其特征在于:所述微帶線(9)由一條短金屬貼片和金屬貼片末端的圓盤枝節(jié)結(jié)構(gòu)(10)組合而成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MIM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器，包括介質(zhì)基板及其上面MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)，MIM環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)由內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)和環(huán)形絕緣體組成，內(nèi)封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)、外封閉金屬光柵結(jié)構(gòu)金屬光柵結(jié)構(gòu)上刻蝕有一個(gè)1個(gè)以上沿圓周方向均勻分布的凹槽。MIM環(huán)形刻槽結(jié)構(gòu)傳感器的介質(zhì)板背面設(shè)有微帶線。微帶線由一條短金屬貼片和金屬貼片末端的圓盤枝節(jié)結(jié)構(gòu)組合而成。本發(fā)明在較寬頻帶內(nèi)容易產(chǎn)生多個(gè)諧振模式，它周圍介質(zhì)參數(shù)的變化非常敏感，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶高靈敏度的傳感。
【IPC分類】G01D5/26
【公開號(hào)】CN105547337
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510977194
【發(fā)明人】周永金, 肖前循
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日