【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學器件，具體為一種基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器及其制作方法。
技術介紹
1、光學超表面作為一種增強光與物質相互作用的強有力手段，是一種由二維周期性亞波長結構陣列組成的人工材料，其在微納尺度上靈活調節入射光的振幅、相位和偏振狀態的能力近年來引起了人們的廣泛研究和關注。一方面，組成光學超表面的納米材料具有較高的強度、硬度、導電性、熱穩定性和光學活性等特點。另一方面，光學超表面的制備具有高度可控性，具體而言是可以通過不同的合成技術精確控制光學超表面的尺寸、結構和組成。這種可調節性使得光學超表面能夠滿足特定應用的需求。此外，不同材料組成的超表面性質有著較大的區別，一般而言金屬超表面靈敏度占優但由于材料的固有損耗通常品質因數較低，尤其是在近紅外和可見光波段，金屬超表面較大的歐姆損耗會進一步造成器件的發熱，從而嚴重影響檢測的效率和穩定性；介質材料由于較小的材料損耗從而產生尖銳的共振，通常具有高于前者兩個數量級以上的的品質因數。最后，愈發成熟的微納元器件制備技術(例如電子束光刻、激光直寫光刻、納米壓印技術、激光燒蝕等)為光學超表面的研究和應用提供了良好的加工制作途徑。
2、在輻射連續域中，連續域束縛態(bic)是一類并不具有輻射的電磁本征態，盡管其頻率和動量可能與真空模式匹配，但它仍被完全束縛在共振系統中，不向外輻射任何能量，是完美的束縛態。連續域束縛態具有無限大的品質因子，然而光學bic是一個理想的狀態，因為不可能存在無限大的周期系統，實際上主要是運用其輻射泄露模式：準bic。通過調整系統構型、尺寸
3、折射率是材料的固有屬性，檢測折射率以識別不同物質具有重要意義。基于連續域束縛態的介質超表面對周圍環境折射率的變化十分敏感，可應用于傳感領域，無需標記即可實現快速無損傳感，從而間接對物質定性和定量分析。此類超表面由于具備更窄的線寬和更強的近場增強效應從而可以實現更好的傳感性能，它方便靈活，檢測效率高，可用于農業、生物醫藥、環境監測、食品檢測和化學工業等領域。
4、現有的基于連續域束縛態的介質超表面通常不具備多共振傳感和高靈敏度優勢，多共振傳感可以顯著降低環境波動引起的誤差，擴大折射率變化的檢測范圍，從而更有效地檢測待測物質的信息，高靈敏度可以更精準檢測環境變化，提高檢測的準確性。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決現有上述技術的缺陷，提出了一種基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器及其制作方法，其具備雙通道、高靈敏度、高q值、魯棒性、可定制化、偏振不敏感等特性。
2、實現本專利技術目的的技術方案為：一種基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，包括二氧化硅襯底和陣列分布于二氧化硅襯底上表面的多聚體超表面結構單元，所述多聚體超表面結構單元包括四個大小完全相同的正偶多邊形柱體和一個圓柱，所述正偶多邊形柱體和圓柱與二氧化硅襯底垂直，所述正偶多邊形柱體矩陣式排列，且圓柱位于四個正偶多邊形柱體的中心。
3、優選地，所述正偶多邊形柱體為直方柱.
4、優選地，所述直方柱與圓柱等高。
5、優選地，所述直方柱、圓柱的高度與二氧化硅襯底厚度相等。
6、優選地，四個直方柱的底面是邊長為a的正方形，四個直方柱的中心分別位于多聚體超表面結構單元的四分之一處。
7、優選地，直方柱的邊長a與多聚體超表面結構單元的邊長px的比值為11/50～7/25，相鄰兩直方柱的間距d與多聚體超表面結構單元的邊長px的比值為11/50～7/25，圓柱底面半徑與多聚體超表面結構單元的邊長px的比值為2/25～3/25。
8、優選地，組成多聚體超表面結構單元的直方柱和圓柱的材料采用折射率n>2的介質材料。
9、本專利技術還提出了一種基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器的制作方法，包括：
10、使用sih4氣體為si源，通過低壓化學氣相沉積在二氧化硅基片上生長厚度為300nm的多晶硅薄膜；
11、使用勻膠機在多晶硅薄膜上旋涂一層光刻膠，加熱固化后暴露在電子束光刻下，在多晶硅薄膜上制作多聚體超表面的光刻膠陣列；
12、利用sf6和c4f8氣體使用選擇性干法蝕刻對si膜進行垂直蝕刻，形成多聚體超表面結構單元，并通過干氧蝕刻去除光刻膠殘留物，完成多聚體雙波段折射率傳感器制作。
13、本專利技術與現有技術相比，其顯著優點為：
14、1、相較于常規通過控制微弱幾何擾動或位移參數打破結構對稱性實現準bic，所述多聚體超表面對擾動和位移參數的要求較低且對結構形狀無特異性要求，結構簡單且具備魯棒性，十分有利于加工制作。
15、2、在結構中心引入圓柱既達到結構的對稱破缺從而實現實際可用的準bic，也充當耦合器進一步加強了中心區域的近場增強效應，使得超表面與待測物相互作用更為緊密，更加有利于在實際測量中獲得更好的傳感性能。
16、3、所述多聚體超表面傳感器可以同時激發以環形偶極子為主導和以磁偶極子-電四極子為主導的雙準bic，二者均可產生巨大的近場增強，在透射譜線中實現極窄的fano型共振譜線以及較高的q值，雙波段以及窄線寬的特點更有利于在實際檢測中提高傳感器的檢測準確性和分辨率。
17、4、所述多聚體超表面結構具有幾何對稱性，對入射光具有偏振不敏感性，在實際應用中不受入射光偏振態的影響，適用方面更加廣泛。
18、本專利技術的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。本專利技術的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
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1.一種基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，包括二氧化硅襯底(1)和陣列分布于二氧化硅襯底(1)上表面的多聚體超表面結構單元，所述多聚體超表面結構單元包括四個大小完全相同的正偶多邊形柱體和一個圓柱(3)，所述正偶多邊形柱體和圓柱(3)與二氧化硅襯底(1)垂直，所述正偶多邊形柱體矩陣式排列，且圓柱(3)位于四個正偶多邊形柱體的中心。
2.根據權利要求1所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，所述正偶多邊形柱體為直方柱(2)。
3.根據權利要求2所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，所述直方柱(2)與圓柱(3)等高。
4.根據權利要求3所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，所述直方柱(2)、圓柱(3)的高度與二氧化硅襯底(1)厚度相等。
5.根據權利要求2所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，四個直方柱(2)的底面是邊長為a的正方形，四個直方柱(2)的中心分別位于多聚體超表面結構單元的四分之一處。
6.根據權利要
7.根據權利要求2所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，組成多聚體超表面結構單元的直方柱(2)和圓柱(3)的材料采用折射率n>2的介質材料。
8.一種如權利要求1～7任一所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器的制作方法，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，包括二氧化硅襯底(1)和陣列分布于二氧化硅襯底(1)上表面的多聚體超表面結構單元，所述多聚體超表面結構單元包括四個大小完全相同的正偶多邊形柱體和一個圓柱(3)，所述正偶多邊形柱體和圓柱(3)與二氧化硅襯底(1)垂直，所述正偶多邊形柱體矩陣式排列，且圓柱(3)位于四個正偶多邊形柱體的中心。
2.根據權利要求1所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，所述正偶多邊形柱體為直方柱(2)。
3.根據權利要求2所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，所述直方柱(2)與圓柱(3)等高。
4.根據權利要求3所述的基于連續域束縛態的多聚體雙波段折射率傳感器，其特征在于，所述直方柱(2)、圓柱(3)的高度與二氧化硅襯底(1)厚度相等。
5.根據權利要求2所述的基...
【專利技術屬性】
技術研發人員：倪斌，儲廣虎，古天豪，徐哲仰，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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