[發明專利]一種基于布洛赫表面波單向耦合效應的位移傳感裝置

有效

• 申請號: 202010300801.5
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111442729B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 王茹雪;武愛民
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

本發明涉及一種基于布洛赫表面波單向耦合效應的位移傳感裝置，包括泄漏輻射顯微系統，所述泄漏輻射顯微系統沿光信號走向依次包括激光器、透鏡組、偏振片、半玻片、入射物鏡、位移平臺、收集物鏡、收集透鏡以及成像相機，所述位移平臺上設有位移傳感芯片，所述位移傳感芯片為布洛赫表面波單向耦合芯片。本發明使用的入射光場簡單，無需矢量光束整形，并且布洛赫表面光場消光比隨入射光場與芯片的相對位移變化劇烈，使得傳感靈敏度和精度高、響應速度快。同時，本發明還提高了量程。另外，本發明使用的布洛赫表面波單向耦合芯片為全介質結構，易儲存，重復利用率高，且該芯片容錯率高，易于加工，降低了加工難度。

技術領域

本發明涉及光學傳感領域，更具體地涉及一種基于布洛赫表面波單向耦合效應的位移傳感裝置。

背景技術

光學計量和位置傳感技術在現代科學技術的許多領域如引力波探測、分子構象變化傳感及掃描探針顯微技術等方面發揮著關鍵作用。盡管衍射限制了光學分辨率，但光學技術由于具有非接觸能力仍然在很多方面發揮著作用。科研人員已經用有源和無源方法實現了深亞波長位移傳感，有源方法包括福斯特共振能量轉移法和二次諧波法，無源方法包括傳統的宏觀干涉儀、納米天線的定向散射、近場干涉、局域等離子體共振、電磁場奇點和光學skyrmions等等。這些方法可提供亞納米級別的位移檢測，但是這些方法對納米結構的尺寸及入射光場精度均要求較高，并且需要復雜的探測系統來檢測弱信號和提高信噪比。并且由于高位移靈敏度只存在于最佳定向位置附近，而這些方法的靈敏度是高度非線性的，且量程有限(通常小于50nm，靈敏度為0.05nm^-1)。

除了上述方法，現有技術還采用泄露輻射顯微系統與位移傳感芯片相結合的裝置來實現位移傳感功能。泄露輻射顯微系統包括激光器、透鏡組、濾波器、偏振片、半波片、入射物鏡、位移平臺、收集物鏡、收集透鏡以及成像相機等，其中，位移傳感芯片為對稱式芯片，設于位移平臺上，這種裝置的入射光場為復雜的柱矢量光場，其本身攜帶位相變化，需要對其濾波整形。

發明內容

鑒于上述現有技術的缺點，本發明提供一種基于布洛赫表面波單向耦合效應的位移傳感裝置，解決了現有位移傳感裝置靈敏度低、量程小以及入射光場復雜的問題。

本發明提供一種基于布洛赫表面波單向耦合效應的位移傳感裝置，包括泄漏輻射顯微系統，所述泄漏輻射顯微系統沿光信號走向依次包括激光器、透鏡組、偏振片、半玻片、入射物鏡、位移平臺、收集物鏡、收集透鏡以及成像相機，所述位移平臺上設有位移傳感芯片，所述位移傳感芯片為布洛赫表面波單向耦合芯片。

所述激光器為超連續可調諧激光器。

所述位移平臺為壓電陶瓷位移平臺。

所述布洛赫表面波單向耦合芯片包括布拉格反射單元。

所述布拉格反射單元包括交替排布的高折射率介質層和低折射率介質層。

所述布拉格反射單元的頂層中設有不對稱狹縫結構。

所述布拉格反射單元的頂層為低折射率介質缺陷層。

所述布洛赫表面波單向耦合芯片還包括一玻璃基底，所述布拉格反射單元排布在該玻璃基底上。

所述不對稱狹縫結構包括兩個單狹縫。

所述兩個單狹縫平行正對且長度相等。

所述兩個單狹縫的長度大于4μm。

所述兩個單狹縫的寬度和深度均不相同。