[發明專利]一種基于雙波導腔Fano共振裝置的雙參量測量方法

有效

• 申請號: 202110167139.5
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112945307B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王賢平;蔡文娟;張穎聰;殷澄;袁文;羅海梅;李俊;桑明煌
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 孫永生

本發明公開了一種基于雙波導腔Fano共振裝置的雙參量測量方法，旨在解決現有技術中雙參量測量的準確性和靈敏度不足等問題。其包括：利用雙波導腔Fano共振裝置獲得不同電壓對應的非對稱Fano共振曲線；基于非對稱Fano共振曲線獲得兩預設入射角度下的反射光強變化量；基于雙參量傳感逆矩陣和反射光強變化量實時獲得不同電壓下雙波導腔Fano共振裝置的折射率變化量和厚度變化量；其中，雙波導腔Fano共振裝置包括依次連接的第一金屬層、第一介質層、第二金屬層、第二介質層和第三金屬層，且第一介質層的厚度小于第二介質層的厚度。本發明能夠實現波導厚度和折射率的雙參量實時測量，測量串擾低，靈敏度和準確性高。

技術領域

本發明涉及一種基于雙波導腔Fano共振裝置的雙參量測量方法，屬于波導傳感測量技術領域。

背景技術

隨著科技的發展，對傳感器的要求也越來越高，越來越多基于共振結構的波導(表面等離子共振波導，雙面金屬包覆波導等)被廣泛應用于液體濃度、溫度、厚度等參數的傳感測量，但是目前使用的波導結構大多是單參量傳感，而實際使用中往往需要雙參量的同時測量，如厚度和折射率、折射率和溫度等。在Optics Express 25(2017)12733-12742中，羅偉等人提出了一種基于表面等離子共振峰的雙入射角度下折射率與溫度的雙參量測量方案，實現了折射率與溫度的同時測量，但其選用的表面等離子波共振峰左右對稱度較高，容易產生較大的傳感串擾，而且只有TM偏振的光才能實現雙參量測量，靈敏度也有待提高。

發明內容

為了解決現有技術中雙參量測量的準確性和靈敏度不足等問題，本發明提出了一種基于雙波導腔Fano共振裝置的雙參量測量方法，利用一薄一厚的兩個波導組成雙波導腔Fano共振裝置，通過雙波導腔Fano共振裝置產生非對稱的Fano共振曲線，進而基于Fano共振曲線和2個入射角度實現厚度和折射率的雙參量實時測量，測量串擾低，靈敏度和準確性高。

為解決上述技術問題，本發明采用了如下技術手段：

本發明提出了一種基于雙波導腔Fano共振裝置的雙參量測量方法，包括如下步驟：

利用雙波導腔Fano共振裝置獲得不同電壓對應的非對稱Fano共振曲線，所述的雙波導腔Fano共振裝置包括依次連接的第一金屬層、第一介質層、第二金屬層、第二介質層和第三金屬層，其中，所述第一介質層的厚度小于第二介質層的厚度；

基于非對稱Fano共振曲線和預設的2個入射角度，獲得每個入射角度對應的反射光強變化量；

基于預先構建的雙參量傳感逆矩陣和反射光強變化量實時獲得不同電壓下雙波導腔Fano共振裝置第二介質層的折射率變化量和厚度變化量。

進一步的，所述第一介質層和第二介質層均采用透明材料，所述第一金屬層、第二金屬層和第三金屬層采用金或銀。

進一步的，所述第一介質層的厚度范圍為1～50μm，第二介質層的厚度范圍為0.3～1.5mm。

進一步的，所述第一金屬層的厚度范圍為30～50nm，第二金屬層的厚度范圍為30～70nm，第三金屬層的厚度不小于300nm。

進一步的，所述預設的2個入射角度的選擇方法為：

利用雙波導腔Fano共振裝置獲得無外加電壓的非對稱Fano共振曲線，在無外加電壓的非對稱Fano共振曲線的共振峰兩側各選擇1個入射角度。

進一步的，設預設的2個入射角度分別為θ₁和θ₂，所述雙參量傳感逆矩陣的構建方法為：

根據雙波導腔Fano共振裝置第二介質層的電光系數和壓電系數，計算外加電壓U下第二介質層的折射率變化量和厚度變化量：