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1维金属-介质-金属光栅结构作为可见光波段超窄带完美等离子体吸收器及其在葡萄糖检测中的应用

DOI：10.1007/s11468-020-01161-3 期刊：Plasmonics 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 在电磁波谱可见光范围内，对于一种易于制造、性能完美且具有窄带特性的光吸收器，始终存在广泛的科研与器件应用需求。本研究提出一种金属-介质-金属（MDM）一维光栅等离子体结构，作为可见光波段的完美窄带光吸收器并应用于葡萄糖检测。该结构由金膜上的介质层顶部设置一维金光栅构成。通过计算品质因数和优值（FOM），对介质光栅折射率（n）、光栅厚度（t）、光栅宽度（W）及光栅周期（P）进行优化以提升等离子体结构性能。优化后的等离子体结构展现出完美窄带光吸收特性。通过合理选择几何参数和介质光栅折射率，该结构还能实现特定波长工作的灵活性。采用等效RC模型解析结构各组件对光学响应的影响。该结构的吸收响应不受入射角度影响，且计算显示其吸收率可达~100%，半高全宽带宽（FWHM）窄至~2.8 nm。我们数值验证了该MDM吸收器作为可见光波段等离子体葡萄糖传感器的应用潜力，其检测灵敏度范围达140至195 nm/RIU。
作者： Sandeep Kumar Chamoli，Subhash C. Singh，Chunlei Guo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究金属-介质-金属（MDM）一维光栅等离子体结构作为可见光范围内完美窄带光吸收器在葡萄糖检测中的设计与应用。

研究成果

所提出的MDM结构易于制造，在可见光谱区域具有近完美吸收（>99%）和超窄带宽（~2.8纳米）。通过适当选择几何参数和介电光栅的折射率，该结构可灵活工作于特定波长。该结构在可见光范围内显示出作为等离子体葡萄糖传感器的应用潜力，其检测灵敏度范围为140至195纳米/折射率单位。

研究不足

该研究通过数值模拟进行了论证，但需实验验证。等离子体传感器的灵敏度和性能在实际条件下可能会有所变化。

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