[發(fā)明專利]基于波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的超聲波探測(cè)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710420964.5
• 申請(qǐng)日: 2017-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN109001303A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何賽靈;張森林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常熟市浙大紫金光電技術(shù)研究中心
• 主分類號(hào): G01N29/36
• 分類號(hào): G01N29/36;G01H9/00
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發(fā)明公開了一種基于波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的超聲波探測(cè)器，包括可調(diào)諧激光器、波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔、光電探測(cè)器、超聲換能器，可調(diào)諧激光器向波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔發(fā)激光，超聲換能器向波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔施加超聲波信號(hào)，光電探測(cè)器探測(cè)波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的輸出光強(qiáng)度。本發(fā)明采用波導(dǎo)集成型光學(xué)微腔實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的檢測(cè)，解決了傳統(tǒng)基于壓電技術(shù)的超聲波探測(cè)器在高頻信號(hào)檢測(cè)下的困難，同時(shí)這種光聲檢測(cè)技術(shù)具有高集成度、極小的尺寸、廉價(jià)等優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光聲探測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的超聲波探測(cè)器。

背景技術(shù)

超聲波探測(cè)器在多個(gè)領(lǐng)域如生物醫(yī)學(xué)成像、基礎(chǔ)科學(xué)研究、藥物開發(fā)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等扮演著重要的角色。目前，主流的商用超聲波探測(cè)器是基于壓電技術(shù)的，通過壓電材料將超聲波產(chǎn)生的應(yīng)力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行超聲波探測(cè)。這種探測(cè)器在低頻領(lǐng)域?qū)τ诔暡ǖ臋z測(cè)具有優(yōu)良的性能，但是對(duì)于頻率超過20MHz的高頻超聲波信號(hào)，基于壓電技術(shù)的超聲波探測(cè)器則面臨著如下的問題：器件尺寸過大、高噪聲和高頻傳輸線所帶來的負(fù)載阻抗使得信號(hào)從壓電元件到接收器的傳輸比較困難等。

為了解決壓電超聲探測(cè)器在高頻超聲波探測(cè)中面臨的問題，基于標(biāo)準(zhǔn)具、布拉格光柵波導(dǎo)、微型環(huán)芯腔和微環(huán)諧振器的光學(xué)超聲波探測(cè)技術(shù)被逐漸提出來。這些探測(cè)器具有較高的靈敏度、較大的信噪比和不錯(cuò)的元件集成度，也免受壓電超聲波探測(cè)器因射頻串?dāng)_而面臨的高頻局限問題。然而需要注意的是，盡管這些器件在一定程度上解決了器件小型化的問題，但其尺寸也都在60μm×60μm以上，當(dāng)應(yīng)用于光聲成像陣列時(shí)，其所能檢測(cè)的超聲波頻率最高也僅為25MHz。

波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔具有較高的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)(Q值)、極小的幾何尺寸、易與片上光波導(dǎo)進(jìn)行耦合等優(yōu)勢(shì)，因此極適合作為超聲波探測(cè)器的載體。空氣模式的一維光子晶體微腔其光場(chǎng)分布在低折射率材料中，考慮到聚合物材料如SU8、PMMA等具有較低的楊氏模量和較高的彈光系數(shù)，因此基于硅或者氮化硅的空氣模式一維光子晶體微腔可以通過覆蓋聚合物材料來增強(qiáng)光聲作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較高靈敏度的超聲波探測(cè)器。

綜上，考慮利用波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔來實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)尺寸極小(約0.75μm×13.3μm)、高集成度的超聲波探測(cè)器。在克服傳統(tǒng)壓電超聲探測(cè)器的高頻局限問題的前提下，具有廉價(jià)、高靈敏度、高集成度等優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明目的。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供一種基于波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的超聲波探測(cè)器，該探測(cè)器將超聲波信號(hào)施加在一維光子晶體微腔上，通過應(yīng)力對(duì)微腔的幾何形狀的改變以及彈光效應(yīng)對(duì)材料的光學(xué)參數(shù)的影響使微腔的諧振峰發(fā)生漂移，在固定可調(diào)諧激光器的工作波長(zhǎng)于微腔諧振波長(zhǎng)附近的情況下，光電探測(cè)器所檢測(cè)到的輸出光強(qiáng)度與超聲波壓強(qiáng)在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，可以據(jù)此實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的檢測(cè)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。

基于波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的超聲波探測(cè)器，包括可調(diào)諧激光器、波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔、光電探測(cè)器、超聲換能器，

可調(diào)諧激光器向波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔發(fā)激光，超聲換能器向波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔施加超聲波信號(hào)，光電探測(cè)器探測(cè)波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的輸出光強(qiáng)度。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中，所述的波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔其一端為輸入波導(dǎo)，另一端為輸出波導(dǎo)；中間部分為光子晶體微腔區(qū)波導(dǎo)，光子晶體微腔區(qū)波導(dǎo)內(nèi)部設(shè)置小孔。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中所述的小孔均勻排列。

更進(jìn)一步具體實(shí)施方式中所述的波導(dǎo)集成型一維光子晶體微腔的波導(dǎo)芯層采用硅或氮化硅材料，上包層為聚合物材料和下包層為二氧化硅材料。

3、本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果。