张翔宇 刘会刚† 康明 刘波 刘海涛‡

1) (南开大学, 薄膜光电子技术教育部工程研究中心, 天津 300350)

2) (天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室, 天津 300350)

3) (南开大学电子信息与光学工程学院, 天津 300350)

4) (天津师范大学物理与材料科学学院, 天津 300387)

5) (南开大学电子信息与光学工程学院, 现代光学研究所, 天津 300350)

6) (天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室, 天津 300350)

顶层透光、底层不透光的金属-介质-金属多层结构可以产生窄带完美吸收共振, 用于测量介质层待测液体的折射率变化. 本文通过构建Fabry-Perot共振解析模型, 准确复现了该结构的响应光谱, 给出了其共振波长、品质因子、半高全宽和灵敏度的解析表达式, 并分析了介质层厚度对光谱的谐振波长和线宽的调谐机制, 明确了其物理机理. 基于8阶Fabry-Perot共振的金属-介质-金属多层结构, 用于折射率传感时的品质因子及优值分别达到2162.8和1648.1 RIU—1. 针对极小的折射率扰动, 通过在奇异点状态叠加Fabry-Perot共振的调谐机制, 提出了通过测量奇异点波长处反射系数的增加量或散射矩阵本征值的分裂量, 实现对待测液体折射率的可调谐式传感的方案. Fabry-Perot模型解析结果显示, 当待测液体的折射率变化为10—4 RIU时, 基于8阶Fabry-Perot共振的金属-介质-金属多层结构的前向反射系数增加量和本征值分裂量分别达到0.319和1.1279.

1 引 言

金属-介质-金属(metal-dielectric-metal, MDM)谐振器是等离激元共振传感的典型结构, 主要包括平面分层结构、精心设计的超构材料或超构表面[1].基于等离激元……