[發(fā)明專利]一種基于晶格漸變型二維光子晶體和交叉雙橫梁結(jié)構(gòu)的壓力傳感器

有效

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• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106595920B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田慧平;丁兆祥;王春紅;孫富君;付中原
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L11/02
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種利用晶格漸變型的二維光子晶體微腔陣列與雙橫梁結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的量程可擴壓力傳感器，屬于光子晶體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首次將晶格漸變型的二維光子晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)用于傳感陣列的設(shè)計中，首次應(yīng)用多個微腔協(xié)作測量一個待測物理量，為高靈敏度、大量程的光子晶體傳感陣列提供了條件。本發(fā)明通過設(shè)計位于不同晶格常數(shù)區(qū)域的微腔，使三個微腔的諧振頻率不同，從而在輸出端的透射譜中可獲得不同頻率的諧振峰。當受力橫梁發(fā)生形變時，位移橫梁上水平高度不同的傳感柱依次分別進入上述微腔，使得諧振峰先后依次偏移，實現(xiàn)大量程傳感。本發(fā)明設(shè)計中的傳感器陣列具有可擴展性，為量程可擴的光子傳感器陣列的實現(xiàn)提供了方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用晶格漸變型二維光子平板與交叉雙橫梁結(jié)構(gòu)的壓力傳感器的實現(xiàn)方法，屬于光子晶體傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

自光子晶體這一物理概念在上世紀八十年代末提出以來,隨著微納加工制備技術(shù)的發(fā)展,各種光子晶體器件在理論、實驗和應(yīng)用方面都取得了很大的進展。其中,光子晶體傳感器作為一種新型的微納傳感器,由于其典型的高靈敏度、高分辨率、響應(yīng)迅速、抗干擾、可微型化、可復(fù)用以及可集成度高等優(yōu)勢,目前關(guān)于光子晶體傳感器的研究已成為國內(nèi)外研究內(nèi)容的熱點之一。

迄今為止，光子晶體傳感器的研究主要集中于折射率傳感器(文獻1,Ian M.Whiteand Xudong Fan,On the performance quantification of resonant refractive indexsensors,Optics Express,vol.16,pp.1020-1028,(2008)),溫度傳感器(文獻2,YongqinYu,Xuejin Li,Xueming Hong,Yuanlong Deng,Kuiyan Song,Youfu Geng,Huifeng Wei,and Weijun Tong,Some features of the photonic crystal fiber temperaturesensor with liquid ethanol filling,Optics Express,vol.18,pp.15383-15388,(2010)),位移傳感器(文獻3,Wonjoo Suh,M.F.Yanik,Olav Solgaard,and Shanhui Fan,Displacement-sensitive photonic crystal structures based on guided resonancein photonic crystal slabs,Applied Physics Letters,vol.82,pp.1999-2001),壓力傳感器(文獻4,H.Y.Fu,H.Y.Tam,Li-Yang Shao,Xinyong Dong,P.K.A.Wai,C.Lu,and SunilK.Khijwania,Pressure sensor realized with polarization-maintaining photoniccrystal fiber-based Sagnac interferometer,vol.47,pp.2835-2839)等等。近年來，光子晶體傳感器陣列是一個熱點研究方向，如(文獻5,Qi Liua,Huiping Tiana,.,DaquanYanga,b,Jian Zhoua,Yi Yanga,Yuefeng Ji,Nanoscale radius-graded photoniccrystal sensor arrays usinginterlaced and symmetrical resonant cavities forbiosensing,vol.216,pp.223-230),主要介紹了一種基于半徑漸變型和交錯型諧振腔的光子晶體傳感器陣列,(文獻6，Pan Zhang,Huiping Tian,Daquan Yang,Qi Liu,Jian Zhou,Lijun Huang,Yuefeng Ji,Radius vertical graded nanoscale interlaced-coupledphotonic crystal sensors array,vol.355,pp.331-336),主要介紹了一種基于垂直方向半徑漸變型和交錯型諧振腔的光子晶體傳感器陣列。這些結(jié)構(gòu)在一塊二維光子晶體平板上集成多個傳感區(qū)域，各個傳感單元之間獨立工作。但是，由于光子晶體的尺寸和靈敏度的限制，單個傳感單元的量程均較小，實際應(yīng)用當中十分受限。