[發明專利]一種超窄帶、大角度的高性能折射率靈敏度傳感器件及其測試方法

在審

• 申請號: 201810946779.4
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108982416A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 秦琳玲;吳邵龍;張程;李孝峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/552
• 代理公司: 蘇州市新蘇專利事務所有限公司 32221
• 代理人: 楊曉東

1.一種超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件，其特征在通過如下步驟進行設計，具體包括：

利用嚴格耦合波分析法建立幾何模型并選擇材料，設計分布式布拉格反射層(DBR)由折射率分別為1.7和2.4的兩種材料三氧化二鋁(Al₂O₃)和二氧化鈦(TiO₂)交替分布而成，DBR的周期為4-12，DBR的中心波長為900-1800nm；

采用二氧化硅(SiO₂)基底，設計生成多層平面結構，所述多層平面結構上端為DBR，下端為金層，中間由分離墻構成測試腔，所述硅基底厚度為200-1000nm,所述金層厚度為50-500nm，所述測試腔高度為350-3500nm，待測物通過該測試腔進行傳感測試。

2.根據權利要求1所述的超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件，其特征在于：通過如下步驟進行設計，具體包括：所述二氧化硅基底厚度為200nm,所述DBR周期為7，所述DBR中心波長為1300nm，所述金層厚度為200nm，所述測試腔高度為450nm，待測物通過流入該測試腔進行傳感測試。

3.一種權利要求1-2中任一超窄帶、大角度的高性能折射率傳感器件的測試方法，其特征在于包括如下步驟：

a、多層平面結構傳感器件仿真步驟：利用嚴格耦合波分析法進行物理場設置，首先在器件的前表面設置一個平面光源，并運用于所述多層平面結構；設定入射光的入射角度和偏振條件，進行波長掃描計算求解，得到光譜響應，包括反射譜、透射譜和吸收譜；

b、器件的折射率傳感測試步驟：根據步驟a中的反射譜，按照從小到大的順序依次改變測試腔內待測物體折射率，將會得到不同折射率所對應的不同反射譜曲線；

c、根據不同反射譜曲線的最小值可以得到對應的波長，將不同折射率與所述的不同反射譜曲線的最小值對應的波長繪制成對應關系點圖，并采用線性擬合的方式將對應關系點圖擬合成直線圖，然后利用波長變化值除以折射率變化值，得到所述直線的斜率為靈敏度。

d、根據步驟b中得到的不同測試腔內待測物折射率所對應的不同反射譜曲線，可計算得到每根曲線的峰值半寬值并取平均值，然后根據步驟c得到的靈敏度除以峰值半寬平均值，得到傳感器件的性能系數(FOM)。

4.根據權利要求3所述超窄帶、大角度的高性能折射率靈敏度傳感器件的測試方法，其特征在于：所述多層平面結構中的所述二氧化硅基底厚度為200nm,所述DBR周期為7，所述DBR中心波長為1000nm，所述金層厚度為200nm，所述測試腔高度為1000nm，平面光垂直入射(入射角為0度)，設置測試腔內待測物折射率為1-1.1，得出對應的反射譜曲線在波長范圍1000-1100nm之間，得出隨著待測物折射率增加，反射譜曲線最小值對應波長發生移動，反射曲線最小值譜對應的波長位置和折射率之間的關系通過線性擬合的方式得到折射率靈敏度710nm/單位折射率，峰值半寬平均值為3nm,性能系數為237。

5.根據權利要求3所述超窄帶、大角度的高性能折射率靈敏度傳感器件的測試方法，其特征在于：所述多層平面結構中的所述二氧化硅基底厚度為200nm,所述DBR周期為7，所述DBR中心波長為1300nm，所述金層厚度為200nm，所述測試腔高度為3400nm，平面光垂直入射(入射角為0度)，設置測試腔內待測物折射率為1.32-1.42，得出對應的反射譜曲線，在波長范圍1300-1500nm之間，得出隨著待測物折射率增加，反射譜曲線最小值對應波長發生移動，反射譜曲線最小值對應的波長位置和折射率之間的關系通過線性擬合的方式得到折射率靈敏度860nm/單位折射率，峰值半寬平均值為2.2nm,性能系數為391。