阅读说明：本技术 一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器 (Magnetic field detector based on local surface plasmon resonance ) 是由 不公告发明人 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器,贵金属薄膜置于衬底上,贵金属薄膜的上表面设有周期排列的磁致伸缩部,光源为连续谱光源,光源发出的光照射贵金属薄膜,在贵金属薄膜上、磁致伸缩部附近形成局域表面等离激元共振,光探测器接收反射光。应用时,在待测磁场作用下,磁致伸缩部伸长,改变了贵金属薄膜上、磁致伸缩部附近的局域表面等离激元共振波长,从而改变了磁场探测器的反射光谱,根据所测反射光谱实现磁场探测。因为贵金属薄膜上、磁致伸缩部附近的局域表面等离激元共振对磁致伸缩部的形貌非常敏感,所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。(The invention provides a magnetic field detector based on localized surface plasmon resonance, wherein a noble metal film is arranged on a substrate, the upper surface of the noble metal film is provided with periodically arranged magnetostriction parts, a light source is a continuous spectrum light source, the light emitted by the light source irradiates the noble metal film to form localized surface plasmon resonance on the noble metal film and near the magnetostriction parts, and a light detector receives reflected light. When the device is applied, under the action of a magnetic field to be detected, the magnetostrictive part extends, and the local surface plasmon resonance wavelength on the noble metal film and near the magnetostrictive part is changed, so that the reflection spectrum of the magnetic field detector is changed, and the magnetic field detection is realized according to the measured reflection spectrum. The invention has the advantage of high magnetic field detection sensitivity because the local surface plasmon resonance on the noble metal film and near the magnetostrictive part is very sensitive to the shape of the magnetostrictive part.)

一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器。

背景技术

传统的磁场探测多是基于霍尔效应、磁阻效应、磁通门效应及隧道效应的。传统磁场探测的灵敏度低，不能够满足高灵敏度磁场探测需要。探索基于新原理的磁场探测方案，有助于提高磁场探测的灵敏度。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器，包括：光源、光探测器、衬底、贵金属薄膜、磁致伸缩部，贵金属薄膜置于衬底上，贵金属薄膜的上表面设有周期排列的磁致伸缩部，光源为连续谱光源，光源发出的光照射贵金属薄膜，光探测器接收反射光，根据所测反射光谱实现磁场探测。

更进一步地，磁致伸缩部为长方体。

更进一步地，磁致伸缩部为球形。

更进一步地，磁致伸缩部为球壳形。

更进一步地，在贵金属薄膜上、磁致伸缩部的底部设有凹坑。

更进一步地，凹坑贯穿所述贵金属薄膜。

更进一步地，贵金属薄膜的材料为金、银、铂。

更进一步地，贵金属薄膜的厚度小于200纳米。

更进一步地，凹坑的宽度小于40纳米。

更进一步地，磁致伸缩部的材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器，贵金属薄膜置于衬底上，贵金属薄膜的上表面设有周期排列的磁致伸缩部，光源为连续谱光源，光源发出的光照射贵金属薄膜，在贵金属薄膜上、磁致伸缩部附近形成局域表面等离激元共振，光探测器接收反射光。应用时，在待测磁场作用下，磁致伸缩部伸长，改变了贵金属薄膜上、磁致伸缩部附近的局域表面等离激元共振波长，从而改变了磁场探测器的反射光谱，根据所测反射光谱实现磁场探测。因为贵金属薄膜上、磁致伸缩部附近的局域表面等离激元共振对磁致伸缩部的形貌非常敏感，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。

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是一种基于表面等离激元共振的磁场探测器的示意图。

图2是又一种基于表面等离激元共振的磁场探测器的示意图。

图3是再一种基于表面等离激元共振的磁场探测器的示意图。

图4是再一种基于表面等离激元共振的磁场探测器的示意图。

图中：1、衬底；2、贵金属薄膜；3、磁致伸缩部；4、凹坑。

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

本发明提供了一种基于局域表面等离激元共振的磁场探测器，包括：光源、光探测器、衬底1、贵金属薄膜2、磁致伸缩部3。如图1所示，贵金属薄膜2置于衬底1上。衬底1的材料不做限制，优选地，衬,1的材料为二氧化硅或硅。贵金属薄膜2为贵金属材料。优选地，贵金属薄膜2的材料为金、银、铂。贵金属薄膜2的上表面设有周期排列的磁致伸缩部3。磁致伸缩部3的材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。光源为连续谱光源，光源发出的光照射贵金属薄膜2，在贵金属薄膜2上、磁致伸缩部3附近形成局域表面等离激元共振，光探测器接收反射光，根据所测反射光谱实现磁场探测。

应用时，在待测磁场作用下，磁致伸缩部3伸长，改变了贵金属薄膜2上、磁致伸缩部3附近的局域表面等离激元共振波长，从而改变了磁场探测器的反射光谱，根据所测反射光谱实现磁场探测。因为贵金属薄膜2上、磁致伸缩部3附近的局域表面等离激元共振对磁致伸缩部3的形貌非常敏感，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点。

实施例2

在实施例1的基础上，如图1所示，磁致伸缩部3为长方体。在磁致伸缩部3的下部、贵金属薄膜2上形成局域表面等离激元共振。在待测磁场的作用下，该局域表面等离激元共振波长发生红移，根据反射光谱中局域表面等离激元共振波长的移动确定待测磁场。在贵金属薄膜2上设置具有长方体形状的磁致伸缩部3具有制备简单的优点。

更进一步地，如图2所示，在贵金属薄膜2上、磁致伸缩部3的底部设有凹坑4。这样一来，当磁致伸缩部3伸长时，拉动凹坑4形变。具体地，凹坑4的宽度变大，从而增加了凹坑4两侧之间的距离，拉长了局域表面等离激元共振的距离，从而使得局域表面等离激元共振波长红移更多，提高了磁场探测的灵敏度。

优选地，凹坑4的宽度小于40纳米。由于表面等离激元之间的强耦合仅仅发生在间距小的时候，将凹坑4的宽度设置为小于40纳米，有助于增强凹坑4两侧局域表面等离激元之间的耦合。这样一来，凹坑4的形变对局域表面等离激元共振的相对影响更大，也就是局域表面等离激元共振波长相对移动更多，提高了磁场探测的灵敏度。

实施例3

在实施例1的基础上，如图3所示，磁致伸缩部3为球形。这样一来，局域表面等离激元共振被限制在球形磁致伸缩部3与贵金属薄膜2之间的狭缝区域。在磁场作用下，球形磁致伸缩部3伸长时，上述狭缝区域体积增大，改变了上述局域表面等离激元共振中电荷的振动范围，从而使得局域表面等离激元共振波长红移。由于上述共振波长对电子振动范围非常敏感，本实施例具有磁场探测灵敏度高的优点。

更进一步地，在贵金属薄膜2上、磁致伸缩部3的底部设有凹坑4。这样一来，局域表面等离激元主要被限制在球形磁致伸缩部3底部和凹坑4内。当球形磁致伸缩部3伸长时，在其挤压下，增加了凹坑4的宽度，从而增加了局域表面等离激元共振的强电场分布体积，从而使得共振波长红移。因为凹坑4的存在，使得局域表面等离激元能量更集中，凹坑4宽度的增加使得局域表面等离激元共振波长红移更多，所以本实施例具有磁场探测灵敏度高的优点。

优选地，凹坑4的宽度小于40纳米。与实施例2类似，小尺寸的凹坑4宽度有利于提升磁场探测的灵敏度。

实施例4

在实施例1的基础上，如图4所示，磁致伸缩部3为球壳形。与实施例3相比，球壳形的磁致伸缩部3更薄、更容易在磁场的作用下发生形变，也就是形变更多，能够更多地改变局域表面等离激元共振波长，提高磁场探测的灵敏度。

更进一步地，在贵金属薄膜2上、磁致伸缩部3的底部设有凹坑4。从而实现与实施例3类似的效果。

优选地，凹坑4的宽度小于40纳米。与实施例2类似，小尺寸的凹坑4宽度有利于提升磁场探测的灵敏度。

实施例5

在实施例1-4的基础上，凹坑4贯穿所述贵金属薄膜2。这样一来，在磁致伸缩部3的作用下，因为没有凹坑4底部材料的拉力，凹坑4的宽度能够改变更大，从而更多地改变局域表面等离激元共振波长，提高磁场探测的灵敏度。

更进一步地，贵金属薄膜2的厚度小于200纳米。优选地，贵金属薄膜2的厚度小于100纳米。该厚度能够完全反射入射光，将入射光反射或限制在磁致伸缩部3与贵金属薄膜2之间。另外，在磁致伸缩部3的作用下，薄的贵金属薄膜2更容易发生形变，从而更多地移动局域表面等离激元共振波长，提高磁场探测的灵敏度。

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。