[發明專利]一種光子晶體傳感單元及傳感器

有效

• 申請號: 201710470617.3
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107091819B
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 馮帥;趙絢;吳超;陳笑;楊玉平;王義全
• 申請（專利權）人: 中央民族大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;曹杰

本發明公開一種光子晶體傳感單元及傳感器。其中，所述傳感單元，包括位于基底平板上沿光傳播方向順次間隔設置的第一波導、介質層堆棧結構和第二波導，在垂直于光傳播方向上介質層堆棧結構的寬度與基底平板的寬度相等；介質層堆棧結構包括第一介質層與第一空隙交替排列的一維光子晶體結構和至少兩個由第二空隙和第三空隙及二者之間的第二介質層構成的缺陷體，所有缺陷體中至少兩個缺陷體的尺寸不相同；任意兩個缺陷體之間、第一波導與相鄰的缺陷體之間、第二波導與相鄰的缺陷體之間設置有一維光子晶體結構。本發明提供的一種光子晶體傳感單元及傳感器，節約了液體樣本，并提高了對液體濃度的檢測效率。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，具體涉及一種光子晶體傳感單元及傳感器。

背景技術

光子晶體是指具有光子帶隙(Photonic Band-Gap，簡稱為PBG)特性的人造周期性電介質結構，具有不受電磁干擾、不會傳染目標傳感檢測分子、能夠集成到單個芯片級的傳感平臺的特點，其在環境監控、健康醫療、生物醫療研發等眾多領域得到了應用。

一維光子晶體由兩種介質周期交替疊層而成，在垂直于介質層所在平面方向上的折射率是空間坐標的一維周期性函數，而在平行于介質層所在平面方向上介電常數不隨空間位置而變化。現有技術公開了一種一維堆棧型模式間隔腔光子晶體折射率傳感器，在絕緣體上硅(Silicon-On-Insulator，以下簡稱SOI)層加工出寬度漸變型的一維光子晶體陣列，通過對垂直于折射率周期變化方向上的寬度進行二次調制引入缺陷，通過對液體折射率變化的檢測實現對液體的濃度檢測。但上述這種一維光子晶體傳感器只有一個傳感單元，每次只能檢測待測樣本中一種液體的濃度，檢測效率和樣本利用率較低。

因此，如何提出一種一維光子晶體傳感單元，能夠提高對液體濃度的檢測效率，成為業界亟待解決的重要課題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種光子晶體傳感單元及傳感器。

一方面，本發明提出一種光子晶體傳感單元，包括：

位于基底平板上沿光傳播方向順次間隔設置的第一波導、介質層堆棧結構和第二波導，在垂直于所述光傳播方向上所述介質層堆棧結構的寬度與所述基底平板的寬度相等；

所述介質層堆棧結構包括第一介質層與第一空隙交替排列的一維光子晶體結構和至少兩個缺陷體，每個缺陷體均由厚度發生改變的一個所述第一介質層和/或，厚度發生改變的與該第一介質層相鄰的所述第一空隙形成，包括第二空隙和第三空隙及所述第二空隙和所述第三空隙之間的第二介質層，所有缺陷體中至少兩個缺陷體的尺寸不相同；

任意兩個所述缺陷體之間、所述第一波導和與所述第一波導相鄰的所述缺陷體之間、所述第二波導和與所述第二波導相鄰的所述缺陷體之間設置有所述一維光子晶體結構。

其中，所述缺陷體有兩個，第一缺陷體靠近所述第一波導，第二缺陷體靠近所述第二波導，所述第一缺陷體與所述第一波導之間的第一距離等于所述第二缺陷體與所述第二波導之間的第二距離。

其中，所述第一缺陷體與所述第一波導之間的所述第一介質層的數量為5，所述第一缺陷體與所述第二缺陷體之間的所述第一介質層的數量為4。

其中，所述第一缺陷體的第二介質層的厚度為0.1609微米，所述第一缺陷體的第二空隙的厚度和第三空隙的厚度都為0.3665微米；所述第二缺陷體的第二介質層的厚度為0.149微米，所述第二缺陷體的第二空隙的厚度和所述第三空隙的厚度都為0.3725微米。

其中，所述缺陷體的所述第二空隙的厚度和所述第三空隙的厚度相等。

其中，所述一維光子晶體結構的晶格常數為0.298微米，所述第一介質層的厚度為0.149微米。