[實用新型]一種基于復(fù)合二維光子晶體的微位移傳感裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320223611.3
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN203286986U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃昌清;馮桂蘭;宋鑫;蔡青;劉夢詩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種位移傳感裝置，尤其涉及一種基于光子晶體的微位移傳感裝置，屬于傳感裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的產(chǎn)品應(yīng)用在微觀級別，對微位移測量技術(shù)的要求越來越高。目前，微位移傳感器裝置主要采用電容式微位移傳感器、霍爾式微位移傳感器、激光微位移傳感器、光纖光柵微位移傳感器。電容式微位移傳感器通過將位移量轉(zhuǎn)換為電容變化并最后轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，具有測量精度高、噪音低、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但輸出阻抗高，易受電磁干擾，而且很不穩(wěn)定。霍爾式微位移傳感器通過將位移量轉(zhuǎn)化為霍爾電動勢，成本低。但誤差較大，精確度不高，易受環(huán)境溫度影響。激光微位移傳感器可以實現(xiàn)非接觸式測量、速度快、精度高，抗電磁干擾能力強，但制作成本高，維修不方便。光纖光柵微位移傳感器具有抗電磁干擾、體積小、耐腐蝕等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、靈敏度不高，不能滿足對微位移測量的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述微位移傳感器裝置的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于復(fù)合二維光子晶體的微位移傳感裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、精度高、動態(tài)范圍大、對溫度不敏感，能精確檢測微納米級別器件的微位移。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

一種基于復(fù)合二維光子晶體的微位移傳感裝置，包括一個激光源、固定光子晶體模塊、可移動光子晶體模塊和探測器；固定光子晶體模塊包括固定的第一基座和與第一基座垂直的第一光子晶體陣列；可移動光子晶體模塊包括第二基座和與第二基座垂直的第二光子晶體陣列；第二光子晶體陣列介質(zhì)柱與第一光子晶體陣列介質(zhì)柱交替排列形成復(fù)合光子晶體結(jié)構(gòu)，且第二光子晶體陣列可以相對于第一光子晶體陣列水平移動。

所述的第一光子晶體陣列成矩形或者三角形排列。所述的第一光子晶體介質(zhì)柱橫截面為圓形或者方形。

所述的第二光子晶體陣列成矩形或者三角形排列。所述的第二光子晶體介質(zhì)柱橫截面為圓形或者方形。

所述的第一光子晶體陣列和第二光子晶體陣列的晶格常數(shù)a為200nm～100μm。

所述的第一光子晶體介質(zhì)柱直徑為0.1a～0.8a，第二子晶體介質(zhì)柱直徑為0.1a～0.8a，第一光子晶體介質(zhì)柱直徑和所述的第二子晶體介質(zhì)柱直徑之和小于晶格常數(shù)。

所述第一光子晶體陣列、第二光子晶體陣列、第一基座、第二基座由絕緣體材料或者半導(dǎo)體材料制成。

一種基于復(fù)合二維光子晶體的微位移傳感裝置傳感方法：

步驟一：選擇一個固定光子晶體模塊，包含固定的第一基座和與第一基座垂直的第一光子晶體陣列；一個可移動光子晶體模塊，包括第二基座和與第二基座垂直的第二光子晶體陣列。將第二光子晶體陣列介質(zhì)柱與第一光子晶體陣列介質(zhì)柱交替排列形成復(fù)合光子晶體結(jié)構(gòu)，且第二光子晶體陣列可以相對于第一光子晶體陣列水平移動。選擇一個輸出波長處于復(fù)合光子晶體帶隙范圍內(nèi)的激光源，一個光強探測器。

步驟二：將待測器件與可移動光子晶體模塊第二基座固定。待測器件發(fā)生位移時，可移動光子晶體模塊也隨之發(fā)生位移，復(fù)合光子晶體結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，探測器獲取的透射光光強隨之發(fā)生變化。

步驟三：根據(jù)位移量的不同分為兩種情況。一是位移量很小，在一個晶格常數(shù)的范圍內(nèi)；二是位移量較大，超出一個晶格常數(shù)的范圍。假定位移量為L，晶格常數(shù)為a，并有L＝N*a+L’，其中N為0或者正整數(shù)，L’為小于a的長度。如果測量精度要求不高，這時可以忽略L’，可以通過測量透射光光強峰值變化數(shù)目N獲得位移量，測量精度為晶格常數(shù)a。如果測量精度要求較高，只要測量透射光光強峰值變化數(shù)目N和透射光光強大小，可以分別獲得N和L’的值，可以獲得移動光子晶體的位移量，測量精度可達0.1a。

本發(fā)明的有益效果為：

1.利用復(fù)合光子晶體結(jié)構(gòu)變化，使得復(fù)合光子晶體的透射光光強變化，通過監(jiān)測光強的變化確定微位移量，探測精度高(與光子晶體陣列周期性有關(guān))；

2.通過設(shè)計和制造較大的光子晶體陣列，實現(xiàn)較大動態(tài)范圍的測量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及其實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖俯視圖；

圖3為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明位移為一個晶格常數(shù)時透射光強與位移關(guān)系曲線；

圖5為本發(fā)明位移為五個晶格常數(shù)時透射光強與位移關(guān)系曲線。

1為第二基座，2為第二光子晶體陣列，3為第一光子晶體陣列，4為第一基座，5為激光源，6為探測器。

具體實施方式