[發明專利]一種諧振腔增強的單片集成傳感器及測量方法

有效

• 申請號: 202010188882.4
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111426450B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 程振洲;陳威成;韓森淼;胡浩豐;劉鐵根
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01N21/31;G01N21/41
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種諧振腔增強的單片集成傳感器，其特征在于，包括諧振腔(1)、二維材料層(2)、電極(3)、絕緣包層(4)、耦合器(5)、單色激光器(6)、光電探測器(7)、波導(8)、絕緣層(9)和襯底層(10)；所述的絕緣包層(4)和二維材料層(2)從下到上依次位于諧振腔(1)上方，所述的絕緣層(9)和襯底層(10)從上到下依次位于諧振腔(1)下方，所述的波導(8)與諧振腔(1)位于同一層，且位于諧振腔(1)的一側；所述的電極(3)設有兩個，其中一個位于波導(8)上，另一個位于二維材料層(2)上，所述的耦合器(5)設置于波導(8)的兩端，所述的單色激光器(6)連接波導(8)一端的耦合器(5)；所述的光電探測器(7)連接波導(8)另一端的耦合器(5)，所述的單色激光器(6)是波長在0.3-0.8微米的可見光波段激光器、波長在0.8-2微米的近紅外波段激光器，或是波長在2-20微米的中紅外波段激光器，所述的波導(8)的材料是由硅、鍺、硅鍺混合物、氮化硅、磷化銦、砷化鎵、鈮酸鋰中的其中一種構成。

2.根據權利要求1所述一種諧振腔增強的單片集成傳感器，其特征在于，所述的諧振腔(1)是由微環諧振腔、微盤諧振腔和光子晶體諧振腔其中的一種或幾種構成。

3.根據權利要求1所述一種諧振腔增強的單片集成傳感器，其特征在于，所述的二維材料層(2)是由石墨烯、過渡金屬硫化物和黑鱗中的一種或幾種構成，所述的二維材料層(2)是單層材料、多層材料或異質結材料。

4.根據權利要求1所述一種諧振腔增強的單片集成傳感器，其特征在于，所述的耦合器(5)為端面耦合器或光柵耦合器。

5.一種基于權利要求1所述諧振腔增強的單片集成傳感器進行測量的測量方法，其特征在于，外加電場通過電極(3)改變二維材料層(2)的費米能級，改變二維材料層(2)的介電常數特性，從而移動諧振腔(1)的共振波長；進而實現在同一波長下對共振峰進行采樣，最終利用波導有效折射率與費米能級的關系，計算出諧振腔的品質因子、消光比和共振峰隨外界環境變化的漂移，二維材料層(2)中二維材料的費米能級工作在入射光光子能量的二分之一以上，因此，利用外加電場調控諧振腔(1)的共振波長的時候，外加電場的變化不會對諧振腔的品質因子和消光比產生明顯的影響。