阅读说明：本技术 一种基于手性微纳结构的气压传感器 (Atmospheric pressure sensor based on chirality is received a little and is constructed ) 是由 不公告发明人 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于手性微纳结构的气压传感器,包括壳体,壳体内的中部设置有衬底,衬底的上方设置有第二金属层,第二金属层的上方设置有弹性层,弹性层的上方设置有第一金属层,金属层1的上方形成惰性气体腔,壳体的上表面内部设置有感压膜和线性激光器,衬底的下方形成真空腔,壳体的下表面内部设置有CCD；该基于手性微纳结构的气压传感器,能够将压力信号转换为两层金属微纳结构间距的变化,从而导致圆偏光入射时,其产生的圆二色性信号会发生变化,通过使用CCD接收此信号并进行分析,可以实现检测到外界气压的目的；该基于双层手性微纳结构的压力传感器具有结构简单、灵敏度高、精确度高的优点。(The invention relates to an air pressure sensor based on a chiral micro-nano structure, which comprises a shell, wherein a substrate is arranged in the middle of the shell, a second metal layer is arranged above the substrate, an elastic layer is arranged above the second metal layer, a first metal layer is arranged above the elastic layer, an inert gas cavity is formed above the metal layer 1, a pressure sensing film and a linear laser are arranged inside the upper surface of the shell, a vacuum cavity is formed below the substrate, and a CCD (charge coupled device) is arranged inside the lower surface of the shell; the pressure sensor based on the chiral micro-nano structure can convert a pressure signal into the change of the distance between two layers of metal micro-nano structures, so that a circular dichroism signal generated by circular polarized light can change when the circular polarized light is incident, and the aim of detecting the external air pressure can be fulfilled by receiving and analyzing the signal by using the CCD; the pressure sensor based on the double-layer chiral micro-nano structure has the advantages of simple structure, high sensitivity and high accuracy.)

一种基于手性微纳结构的气压传感器

技术领域

本发明涉及微纳光学领域和气压探测领域，具体涉及一种基于手性微纳结构的气压传感器。

背景技术

自身结构与其镜像不能重合称为手性结构，圆二色性(Circular dicroism,CD)是手性结构指对左旋圆偏振光(以下简称LCP)和右旋圆偏振光(以下简称RCP)的吸收程度存在差异，这种吸收程度与波长的关系称圆二色谱，是一种测定分子不对称结构的光谱法。研究发现，自然存在的手性结构圆二色性比较弱，且金属与光具有比较强烈的的相互作用，所以试验人员通过设计一些金属纳米结构，来获得较大的圆二色性。

气压传感器用途广泛，可用于辅助导航，减少在高架桥上进行导航时的失误；在无信号地带时，也可根据气压传感器，同时配合加速计、陀螺仪等设备实现精确定位，因此气压传感具有广泛的用途。现有气压传感器结构大多由塑胶框架和气压传感器芯片，气压传感器芯片材料和塑胶框架的的材质不同，因此在不同的温度下，容易产生热胀冷缩，会使气压传感器芯片产生较大的误差，很大程度影响气压传感器检测的精度，因此该类型的气压传感器容易应用受环境的局限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于手性微纳结构的气压传感器，包括壳体，所述壳体内的中部设置有衬底，所述衬底的上方设置有第二金属层，所述第二金属层的上方设置有弹性层，所述弹性层的上方设置有第一金属层，所述金属层1的上方形成惰性气体腔，所述壳体的上表面内部设置有感压膜和线性激光器，所述衬底的下方形成真空腔，所述壳体的下表面内部设置有CCD。

所述第一金属层是由多个周期排列的第一金属微纳结构单元组成。

所述第一金属微纳结构单元包括第一金属棒、第二金属棒、第三金属棒，所述第一金属棒一端与第二金属棒的一端垂直连接，第二金属棒的另一端与第三金属棒的一端垂直连接，并且第一金属棒、第三金属棒位于第二金属棒同侧。

所述第二金属层是由多个周期排列的第二金属微纳结构单元组成。

所述第二金属微纳结构单元包括第第四金属棒、第五金属棒、第六金属棒，所述第四金属棒的一端与第五金属棒的一端垂直连接，第五金属棒的另一端与第六金属棒的一端垂直连接，并且第四金属棒、第六金属棒位于第五金属棒同侧。

所述弹性层的厚度为30nm～40nm。

所述弹性层是由弹性塑料制成。

所述第一金属层、第二金属层均是由金或银制成。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于手性微纳结构的气压传感器，能够将压力信号转换为两层金属微纳结构间距的变化，从而导致圆偏光入射时，其产生的圆二色性信号会发生变化，通过使用CCD接收此信号并进行分析，可以实现检测到外界气压的目的；该基于双层手性微纳结构的压力传感器具有结构简单、灵敏度高、精确度高的优点。

本发明提供的这种基于双层手性微纳结构的压力传感器，其双层金属微纳结构简单，并且可以产生较大的圆二色性信号，最大可达到20％，可以有效的提高测量精度。

本发明提供的这种基于双层手性微纳结构的压力传感器，其双层金属微纳结构间距的变化在纳米级别，都可转化为明显的圆二色性信号变化，具有较高的灵敏度。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实例基于手性微纳结构的压力传感器结构示意图。

图2是本实施例两层金属微纳结构阵列示意图。

图3是本实施例两层金属微纳结构示意图。

图4是本实施例第一金属微纳结构示意图。

图5是本实施例第二金属微纳结构示意图。

图6是本实施例两层金属微纳结构的吸收光谱图。

图7是本实施例两层金属微纳结构的圆二色性光谱图。

图中：1、第一金属层；1-1、第一金属棒；1-2、第二金属棒；1-3、第三金属棒；2、第二金属层；2-1、第四金属棒；2-2、第五金属棒；2-3、第六金属棒；3、感压膜；4、线性激光器；5、壳体；6、惰性气体腔；7、弹性层；8、衬底；9、CCD；10、真空腔；11、第一金属微纳结构单元；12、第二金属微纳结构单元。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了解决气压测量不精准的问题，本实施例提供了一种如图1～图5所示的基于手性微纳结构的气压传感器，包括壳体5，所述壳体5内的中部设置有衬底8，所述衬底8的上方设置有第二金属层2，所述第二金属层2的上方设置有弹性层7，所述弹性层7的上方设置有第一金属层1，所述金属层1的上方形成惰性气体腔6，所述壳体5的上表面内部设置有感压膜3和线性激光器4，具体的说，壳体5的上表面设置有开口，所述感压膜3一面与外界待测气压接触，线性激光器4设置在感压膜3的旁边，另一面与设置在惰性气体腔6内的惰性气体接触，所述衬底8的下方形成真空腔10，真空腔10内为真空状态或者填充有空气，所述壳体5的下表面内部设置有 CCD9。当感压膜3受到外部待测气体挤压时，惰性气体腔6内部气体就会压缩，并且向下挤压第一金属层1，进而使弹性层7厚度压缩，第一金属层 1与第二金属层2之间的距离发生改变，这会导致穿过第一金属层1与第二金属层2的圆二色性信号发生变化，当激光器4照射时，其产生的圆二色性信号会发生变化，使用CCD9接收分析此信号可以实现检测到外界气压的目的；该基于手性微纳结构的气压传感器具有结构简单、灵敏度高、精确度高的优点。

进一步的，所述第一金属层1、第二金属层2的厚度均为40nm。

进一步的，所述第一金属层1是由多个周期排列的第一金属微纳结构单元11组成。

如图4所示，所述第一金属微纳结构单元11包括第一金属棒1-1、第二金属棒1-2、第三金属棒1-3，所述第一金属棒1-1的一端与第二金属棒 1-2的一端垂直连接，第二金属棒1-2的另一端与第三金属棒1-3的一端垂直连接，并且第一金属棒1-1、第三金属棒1-3位于第二金属棒1-2同侧。

所述第二金属层2是由多个周期排列的第二金属微纳结构单元12组成。

如图5所示，所述第二金属微纳结构单元12包括第第四金属棒2-1、第五金属棒2-2、第六金属棒2-3，所述第四金属棒2-1的一端与第五金属棒2-2的一端垂直连接，第五金属棒2-2的另一端与第六金属棒2-3的一端垂直连接，并且第四金属棒2-1、第六金属棒2-3位于第五金属棒2-2同侧。

如图3所示，所述第一金属微纳结构单元11的尺寸小于所述第二金属微纳结构单元12的尺寸，第一金属微纳结构单元11能够套入第二金属微纳结构单元12的内部。实际排成周期阵列的时候，每个第一金属微纳结构单元11均位于第二金属微纳结构单元12的正上方，当第一金属微纳结构单元11垂直下落时能够套入第二金属微纳结构单元12中。

进一步的，所述弹性层7的厚度为30nm～40nm。

进一步的，所述弹性层7是由弹性塑料制成。

进一步的，所述感压膜3是由硅膜制成。

进一步的，所述第一金属层1、第二金属层1均是由金或银制成。

进一步的，衬底8是由石英玻璃制成。

在入射光的激励下，如图6所示，在640nm和820nm两个模式处，两层金属微纳结构对左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)的吸收差异较大，产生较强的圆二色性信号；图7所示，随着间距的变小，双层金属微纳结构的吸收圆二色信号逐渐变大，当间距从20nm压缩到10nm时，640nm 处圆二色性信号增大约8％，增长幅度明显。

综上所述，该基于手性微纳结构的气压传感器，能够将压力信号转换为两层金属微纳结构间距的变化，从而导致圆偏光入射时，其产生的圆二色性信号会发生变化，通过使用CCD接收此信号并进行分析，可以实现检测到外界气压的目的；该基于双层手性微纳结构的压力传感器具有结构简单、灵敏度高、精确度高的优点；另外，该基于双层手性微纳结构的压力传感器，其双层金属微纳结构简单，并且可以产生较大的圆二色性信号，最大可达到20％，可以有效的提高测量精度，而且，第一金属微纳结构单元11、第二金属微纳结构单元12的间距的变化在纳米级别，都可转化为明显的圆二色性信号变化，具有较高的灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。