[發(fā)明專利]一種基于古斯-漢森位移的高靈敏度光波長傳感器

在審

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• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113418618A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉芳梅
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北科技學(xué)院
• 主分類號: G01J9/00
• 分類號: G01J9/00
• 代理公司: 咸寧鴻信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42249
• 代理人: 劉喜

本發(fā)明提供了一種基于古斯?漢森位移的高靈敏度光波長傳感器，屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。高靈敏度光波長傳感器的光子晶體包括石墨烯單層，石墨烯單層的入射側(cè)設(shè)置有第一周期性晶體，石墨烯單層的出射側(cè)設(shè)置有第二周期性晶體，石墨烯單層與第一周期性晶體之間、石墨烯單層與第二周期性晶體之間分別嵌入有一缺陷層；第一周期性晶體包括交替分布的若干第一電介質(zhì)層和若干第二電介質(zhì)層，第二周期性晶體包括交替分布的若干第三電介質(zhì)層和若干第四電介質(zhì)層。本發(fā)明能夠探測入射光波長和同時(shí)實(shí)現(xiàn)拓?fù)溥吔鐟B(tài)附近大的反射率和古斯?漢森位移。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于古斯-漢森位移的高靈敏度光波長傳感器。

背景技術(shù)

當(dāng)光照射到兩種折射率分別為n₁和n₂的電介質(zhì)上時(shí)，在電介質(zhì)的分界面上，如果發(fā)生全反射，會有部分光場滲入下層介質(zhì)內(nèi)部，這就相當(dāng)于在實(shí)際的分界面后面放置了一個(gè)虛擬的反射界面，那么，相對于原來幾何光學(xué)預(yù)測的位置，反射光就會存在一個(gè)橫向移動(dòng)，該位移叫古斯-漢森位移，該現(xiàn)象叫古斯-漢森現(xiàn)象，最早由古斯(Goos)和漢森在實(shí)驗(yàn)上觀測到。古斯-漢森位移的形成示意圖如圖1所示，其中符號Δ表示反射光束的橫向位移，箭頭線表示光束的中心軸線。

古斯-漢森位移可廣泛應(yīng)用于高靈敏度傳感器和光開關(guān)。特別地，古斯-漢森位移對入射的光波長、入射角等特別敏感，故可應(yīng)用高亮度波長和角度傳感器。但是，在通常情況下，古斯-漢森位移比較弱，一般就幾個(gè)波長或十幾個(gè)波長，因此，這在實(shí)驗(yàn)上對古斯-漢森位移的檢測以及應(yīng)用造成很大的困難。因此，要得到基于古斯-漢森位移的高靈敏度波長和角度傳感器，首先得提高古斯-漢森位移的量級。

人們采取多種方法來增強(qiáng)古斯-漢森位移，比如，利用光子晶體的帶隙邊緣態(tài)，以及材料的弱損耗，來得到較大的古斯-漢森位移。特別地，在非厄米光子系統(tǒng)(含有光增益和光損耗，或包含其一)中的異常點(diǎn)(exceptional points:EPs)和相干完美吸收激光點(diǎn)(coherent-perfect-absorption-laser point：CPA-LP)附近，會出現(xiàn)古斯-漢森極值，理論上達(dá)到無窮大。但是，在EPs的反射率為零，而且在其附近，反射率也非常低，另外，CPA-LP不是一個(gè)穩(wěn)定光子態(tài)。因此，這激發(fā)我們探索穩(wěn)定的、反射率大的，且能實(shí)現(xiàn)較大的古斯-漢森位移的光子器件。

古斯-漢森位移正比于反射系數(shù)的相位，在光子晶體的帶隙邊緣和缺陷模附近，反射系數(shù)的相位急劇改變，這就必然導(dǎo)致較大的古斯-漢森位移出現(xiàn)。為了進(jìn)一步增大反射系數(shù)相位的變化率，可以將兩種不同的光子晶體復(fù)合，得到拓?fù)溥吔鐟B(tài)，在拓?fù)溥吘墤B(tài)附近，反射系數(shù)相位變化更加劇烈。另外，石墨烯是一種新興的二維材料，具有電導(dǎo)率可調(diào)節(jié)性，其表面電導(dǎo)率是其化學(xué)勢的函數(shù)。單層石墨烯的透明的，但是，石墨烯中存在較弱的光學(xué)損耗系數(shù)。因此可以將石墨烯與光子晶體復(fù)合，來增強(qiáng)古斯-漢森位移，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度波長或角度傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，提供一種基于古斯-漢森位移的高靈敏度光波長傳感器，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是得到一種能夠探測入射光波長的高靈敏度光波長傳感器。

本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種基于古斯-漢森位移的高靈敏度光波長傳感器，其特征在于，高靈敏度光波長傳感器的光子晶體包括石墨烯單層，所述石墨烯單層的入射側(cè)設(shè)置有第一周期性晶體，所述石墨烯單層的出射側(cè)設(shè)置有第二周期性晶體，所述石墨烯單層與第一周期性晶體之間、石墨烯單層與第二周期性晶體之間分別嵌入有一缺陷層；所述第一周期性晶體包括交替分布的若干第一電介質(zhì)層和若干第二電介質(zhì)層，所述第二周期性晶體包括交替分布的若干第三電介質(zhì)層和若干第四電介質(zhì)層。

進(jìn)一步的，所述第一電介質(zhì)層為氟化鎂。

進(jìn)一步的，所述缺陷層為氟化鎂。

進(jìn)一步的，所述第二電介質(zhì)層為硫化鋅。

進(jìn)一步的，所述第三電介質(zhì)層為硅。