[發明專利]基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法

有效

• 申請號: 201410294039.9
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104075754A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 趙勇;張亞男;李晉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：將兩種不同類型的磁流體分別填充在一個光子晶體波導平板中兩個不同區域（分別記為1#和2#填充區域）的空氣孔中，形成兩個級聯的光子晶體微腔，這樣光子晶體波導的輸出光譜中就會出現兩個相互獨立的諧振谷（對應于不同的諧振波長），當外界磁場或溫度發生變化時，兩種磁流體的折射率均會發生不同程度的變化，最終使光子晶體波導輸出光譜中的兩個諧振波長發生移動，且兩個諧振波長對磁流體折射率變化的敏感度不一致，最后，采用雙波長矩陣法，可以根據兩個諧振波長的移動量解調出磁場和溫度的變化量，實現磁場和溫度的同時測量。

2.如權利要求1所述的基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：光子晶體波導為空氣橋結構，空氣孔呈等邊三角形排列，除2#填充區域外，其余空氣孔的半徑均為r=0.32a（其中a=447nm為光子晶體的晶格常數，即相鄰空氣孔之間的間距），2#填充區域的空氣孔半徑為r₂=0.30a，波導寬度為d=1.9052a，所選用的基底介質為普通硅材料，其厚度為h=220nm，有效折射率為n=2.87。

3.如權利要求1所述的基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：所填充的兩種磁流體分別是體積濃度為1.8%的水基Fe₃O₄（記為1#磁流體）和質量濃度為0.85emu/g的水基Fe₃O₄（記為2#磁流體），對于1#磁流體，它的磁光系數（即，磁流體的折射率隨磁場的變化率）為K_H1=1.50×10^-5RIU/Oe，熱光系數（即，磁流體的折射率隨溫度的變化率）為K_T1=-6.64×10^-5RIU/K，而對于2#磁流體，它的磁光系數為K_H2=1.71×10^-5?RIU/Oe，熱光系數為K_T2=-7.56×10^-5?RIU/K。

4.如權利要求1所述的基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：所述的兩個不同的填充區域分別是半徑為r₁=0.32a的10個相鄰空氣孔（1#填充區域）和半徑為r₂=0.30a的10個相鄰空氣孔（2#填充區域），它們均緊鄰于波導且位于波導的一側。

5.如權利要求1所述的基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：所述的兩個級聯光子晶體微腔分別是將1#磁流體填充在1#填充區域形成1#光子晶體微腔，同時將2#磁流體填充在2#填充區域形成2#光子晶體微腔，1#光子晶體微腔的諧振波長λ₁在1520nm附近，其折射率靈敏度為K₁=500nm/RIU，2#光子晶體微腔的諧振波長λ₂在1545nm附近，其折射率靈敏度為K₂=520nm/RIU。

6.如權利要求1所述的基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：當兩個級聯的光子晶體微腔所受磁場由50Oe增加到200Oe時，1#磁流體的折射率由1.3420變化到1.3440，同時，2#磁流體的折射率由1.4623變化到1.4650，通過計算可得諧振波長λ₁的磁場變化靈敏度為0.0075nm/Oe，諧振波長λ₂的磁場變化靈敏度為0.0089nm/Oe。

7.如權利要求1所述的基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，其特征在于：當兩個級聯的光子晶體微腔所受溫度由8K增加到60K時，1#磁流體的折射率由1.3427變化到1.3385，同時，2#磁流體的折射率由1.4671變化到1.4635，通過計算可得諧振波長λ₁的溫度變化靈敏度為-0.0332nm/K，諧振波長λ₂的溫度變化靈敏度為-0.0393nm/K。