[發(fā)明專利]一種用于雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010082011.4 | 申請日： | 2020-02-06 |
| 公開（公告）號： | CN113218547B | 公開（公告）日： | 2022-06-10 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張平;何東躍 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津大學(xué) |
| 主分類號： | G01L1/24 | 分類號： | G01L1/24;G01N21/41;G02B6/12 |
| 代理公司： | 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214 | 代理人： | 王秀奎 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用于 傳感 穿孔 柔性 諧振腔 結(jié)構(gòu) | ||
1.一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)，其特征在于，由柔性襯底層、總線波導(dǎo)、微環(huán)型諧振腔以及設(shè)置在微環(huán)諧振腔上的穿孔型缺陷組成，總線波導(dǎo)以及微環(huán)諧振腔設(shè)置在柔性襯底層上；微環(huán)諧振腔與總線波導(dǎo)之間存在間隙；在總線波導(dǎo)的兩端分別設(shè)置總線波導(dǎo)入口和總線波導(dǎo)出口；穿孔型缺陷位于微環(huán)諧振腔上，整體形狀為圓柱體，穿孔型缺陷形狀為圓柱體，其高度與微環(huán)諧振腔一致，小于微環(huán)諧振腔的圓環(huán)寬度，從俯視方向來看，自穿孔型缺陷截面的中心出發(fā)，經(jīng)微環(huán)諧振腔的圓心到總線波導(dǎo)進(jìn)行連線，這一連線垂直于總線波導(dǎo)；沿這一連線，總線波導(dǎo)與微環(huán)諧振腔的距離即為兩者之間存在的間隙；從光傳播角度來看，光從總線波導(dǎo)入口輸入并在間隙處通過耦合進(jìn)入到微環(huán)諧振腔并沿著順時針或者逆時針方向進(jìn)行傳輸，光在微環(huán)諧振腔中經(jīng)過穿孔型缺陷后，產(chǎn)生兩個傳播方向相反的光場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)，其特征在于，微環(huán)型諧振腔的外半徑3.215μm，內(nèi)半徑2.785μm，高度為230nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)，其特征在于，微環(huán)型諧振腔與總線波導(dǎo)之間存在間隙為耦合間隙，大小為80nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)，其特征在于，總線波導(dǎo)的截面為矩形，寬度為430nm，高度為230nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)，其特征在于，穿孔型缺陷為圓柱形，半徑為130nm，高度為230nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用折射率為1.56的SU-8作為傳感系統(tǒng)的柔性襯底材料，以及采用折射率為3.47的Si作為總線波導(dǎo)與微環(huán)型諧振腔的材料。
7.利用如權(quán)利要求1—6之一所述的一種用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)折射率與壓力的雙傳感的方法，其特征在于，利用微環(huán)腔內(nèi)中兩種不同駐波模式對于折射率與壓力因素變化的靈敏度不同，在已知對稱和非對稱駐波模式諧振波長偏移的條件下，求解二階靈敏度逆矩陣，能夠?qū)崿F(xiàn)周圍環(huán)境折射率與諧振腔所承受壓力變化的雙傳感：
其中，Δn和Δp分別表示周圍環(huán)境折射率變化以及諧振腔所受壓力大小，MRI,P-1表示靈敏度矩陣的逆矩陣，Δλ,SM和Δλ,ASM分別表示對稱駐波模式和非對稱駐波模式對應(yīng)的諧振波長偏移；二階靈敏度特征矩陣MRI,P如下：
其中，SRI,SM和SP,SM分別表示對稱駐波模式對應(yīng)的折射率靈敏度和壓力靈敏度，SRI,ASM和SP,ASM分別表示非對稱駐波模式對應(yīng)的折射靈敏度和壓力靈敏度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，對稱駐波模式對應(yīng)的折射率靈敏度和壓力靈敏度分別為76.03nm/RIU和5.37pm/kPa，非對稱駐波模式對應(yīng)的折射率靈敏度和壓力靈敏度分別為68.82nm/RIU和6.15pm/kPa；對稱駐波模式對應(yīng)的折射率探測極限和壓力探測極限分別為1.739×10-4RIU與2.41kPa；非對稱駐波模式對應(yīng)的折射率探測極限和壓力探測極限分別為1.024×10-4RIU與1.146kPa。
9.如權(quán)利要求1—6之一所述的用于折射率與壓力的雙傳感的高Q穿孔柔性微環(huán)諧振腔的結(jié)構(gòu)在柔性光子器件的生物傳感應(yīng)用中的應(yīng)用。
10.如權(quán)利要求7或者8所述的方法在柔性光子器件的生物傳感應(yīng)用中的應(yīng)用。
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