[發(fā)明專利]一種光柵結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰-金-鈮酸鋰表面等離子激元溫度傳感裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510401844.1
• 申請(qǐng)日: 2015-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN104964762B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱君;秦柳麗;宋樹祥;傅得立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32;G01K11/00
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 劉梅芳

本發(fā)明公開了一種光柵結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰?金?鈮酸鋰表面等離子激元溫度傳感裝置，其特征是，包括順序疊接的底層玻璃層、第一鈮酸鋰層、金層和第二鈮酸鋰層，第一鈮酸鋰層、金層和第二鈮酸鋰層形成鈮酸鋰?金?鈮酸鋰介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述的鈮酸鋰?金?鈮酸鋰為對(duì)稱的鈮酸鋰介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；所述鈮酸鋰介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中間層金層為周期光柵結(jié)構(gòu)。這種等離子激元溫度傳感裝置將亞波長尺度的表面等離子技術(shù)應(yīng)用在溫度傳感領(lǐng)域提高了器件的適應(yīng)性和靈敏度，彌補(bǔ)了微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用中溫度傳感器精度低、穩(wěn)定性差、反應(yīng)時(shí)間長的缺陷，特別是具有的納米級(jí)尺寸可以為光電集成的發(fā)展提供關(guān)鍵器件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種光柵結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰-金-鈮酸鋰表面等離子激元溫度傳感裝置。

背景技術(shù)

表面等離子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)亞波長尺度的放大、檢測(cè)光信息，這就為實(shí)現(xiàn)光子回路、光電集成回路提供了可能。當(dāng)前已經(jīng)產(chǎn)生了以表面等離子技術(shù)研究為核心內(nèi)容的亞波長光學(xué)這一學(xué)科，科學(xué)家們對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究，提出了各種的器件與機(jī)理。尤其以荷蘭FOM研究所的Albert Polman課題組，對(duì)表面等離子技術(shù)在光傳輸、信息通訊、集成光子學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用提出了廣泛的預(yù)測(cè)。無論是傳統(tǒng)光波導(dǎo)還是光子晶體器件，由于受到光的衍射極限的限制，單個(gè)元件尺寸始終局限在幾倍甚至是幾十波的光波長量級(jí)，顯然無法實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模的集成。而表面等離子技術(shù)卻能輕易的突破衍射極限，這為實(shí)現(xiàn)納米量級(jí)尺度下約束和操縱光能量提供可依據(jù)。目前表面等離子技術(shù)傳感裝置大都集中在生物傳感、氣體傳感等領(lǐng)域。

而《光學(xué)學(xué)報(bào)》在2014年34卷第5期0206005頁上登載了“基于側(cè)邊拋磨光纖表面等離子體共振的折射率和溫度傳感研究”一文，暨南大學(xué)的羅云瀚課題組通過磁控濺射法濺射金膜制成側(cè)邊拋磨光纖表面等離子體共振傳感器，對(duì)傳感器的溫度特性完成了研究，然而目前還未看到利用表面等離子技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫度傳感的應(yīng)用。從當(dāng)前發(fā)展來看，微光機(jī)電系統(tǒng)中對(duì)各類傳感裝置的要求越來越高，這就使得利用特殊技術(shù)或材料制作復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用的高靈敏度、超速傳感裝置成為了首要目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種光柵結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰-金-鈮酸鋰表面等離子激元溫度傳感裝置。這種裝置能夠彌補(bǔ)微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用中溫度傳感器在低溫或高溫特殊環(huán)境條件下精度低、靈敏度小、穩(wěn)定性差、反應(yīng)時(shí)間長的缺陷，且結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種光柵結(jié)構(gòu)的鈮酸鋰-金-鈮酸鋰表面等離子激元溫度傳感裝置，包括順序疊接的底層玻璃層、第一鈮酸鋰層、金層和第二鈮酸鋰層，第一鈮酸鋰層、金層和第二鈮酸鋰層形成鈮酸鋰-金-鈮酸鋰介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

所述的鈮酸鋰-金-鈮酸鋰為對(duì)稱的鈮酸鋰介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)表面等離子模式耦合效果，增加表面等離子的傳播距離。

所述鈮酸鋰介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的中間層金層為周期光柵結(jié)構(gòu)，不僅可以增強(qiáng)表面等離子激發(fā)效果，還能增強(qiáng)光子局域化更方便的實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。

所述的鈮酸鋰-金-鈮酸鋰的介質(zhì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，采用溶膠—凝膠工藝制備，這樣的晶體鈮酸鋰溫度傳感性能穩(wěn)定、反可重復(fù)利用。

通過波長為632nm的He-Ne激光器出射的P偏振光以大于玻璃與鈮酸鋰晶體間的全反射角角度入射到玻璃層，由于鈮酸鋰在環(huán)境溫度的變化時(shí)會(huì)發(fā)生折射率變化，這樣會(huì)改變波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中表面等離子的耦合強(qiáng)度，使得出射光的光程差和位相差變化，通過光功率變化與溫度變化間的關(guān)系，利用光功率計(jì)測(cè)量出射光光功率確定溫度變化量。

所述的光功率計(jì)通過以下關(guān)系得到溫度傳感量：其中是測(cè)量前的光程差引起的位相差，ΔL為光程差，通過相位差計(jì)算得到，h為比例常數(shù)，P₀為測(cè)量前的功率，P為變化后的功率。