亚波长介质光栅的高灵敏度GMR传感器及其特性

本文主要探讨了在金属膜衬底上实现的亚波长介质光栅结构的独特特性及其在传感应用中的潜力。这种创新设计采用了亚波长介质光栅，结合金属膜和石英玻璃作为衬底，利用等效介质理论，将该结构等效为一个单面金属包覆的波导。在特定的入射波长和入射角条件下，会发生导模共振（GMR），即光波被完全吸收的现象。 通过严格的耦合波分析（RCWA）理论，研究者揭示了这种结构的特性。特别是其中的TM1模式下的GMR峰具有极高的敏感性，对于光栅包覆层折射率的变化表现出强烈的响应。角度灵敏度高达127.87°/RIU（RIU表示折射率单位），这意味着即使是微小的折射率变化也能显著影响传感器的性能。此外，波长灵敏度也相当高，达到409.35 nm/RIU，表明该结构能够有效地探测到光波频率的微小变化。 与传统的全介质GMR传感器和光栅型表面等离子体共振（SPR）传感器相比，该结构的优势在于其具有较高的灵敏度和更高的检测精度。由于其共振峰较窄，这使得它在信号解析时能提供更精确的结果。这种亚波长介质光栅结构适用于各种传感应用，如环境监测、生物医学检测以及光通信等领域，因为它的高灵敏度和选择性能够有效地捕捉和识别目标物质的特征信号。 总结来说，本文的研究为设计新型高性能传感器提供了新的思路，特别是在需要高灵敏度和高分辨率的场景下，这种金属膜衬底上的亚波长介质光栅结构展现出了巨大的潜力。随着科技的进步，这类结构有望在未来的纳米技术和光子学领域得到广泛应用。