[發(fā)明專利]一種光場調(diào)控傳感器及其使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111057892.5
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113900167A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐婷婷;李軍;劉波;彭穗;余博;梁瀟;李朝陽;羅莉
• 申請（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué);攀鋼集團研究院有限公司
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B6/34;G02B1/00
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 代維凡

本發(fā)明公開了一種光場調(diào)控傳感器及其使用方法，其傳感器包括：玻璃棱鏡、光子晶體耦合層和空氣層；所述玻璃棱鏡與光子晶體耦合層的一面固定連接，玻璃棱鏡與光子晶體耦合層間無空氣；所述空氣層位于光子晶體耦合層的另一相對面；其使用方法為：S1、采用水平偏振的高斯光束從空氣射入玻璃棱鏡中，在玻璃棱鏡與光子晶體耦合層的交界面處發(fā)生全反射，得到反射光束；S2、在垂直于高斯光束入射面的方向，施加磁場，得到移動GH位移的反射光束，完成對光束的調(diào)控；本發(fā)明解決了現(xiàn)有對GH位移進行調(diào)控和增強方法存在GH位移偏小的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種折射率傳感器，具體涉及一種光場調(diào)控傳感器及其使用方法。

背景技術(shù)

GH位移是入射光在介質(zhì)的分界面發(fā)生全反射時，實際的反射光束相對于幾何光學(xué)所預(yù)測的位置之間存在一個沿界面方向的微小位移。通過增強GH位移可以設(shè)計和制作各種高靈敏度傳感器、濾波器、光開關(guān)等光學(xué)器件。

表面等離子體共振(SPR)是一種發(fā)生在金屬和介質(zhì)交界面上的電子振蕩和倏逝波耦合現(xiàn)象。SPR傳感技術(shù)就是基于上述現(xiàn)象對金屬表面的某些物質(zhì)進行檢測分析，通過檢查樣品的折射率變化導(dǎo)致接收SPR光學(xué)信號改變。

目前，對古斯-漢森位移進行增強和放大的主要方法是利用特定的結(jié)構(gòu)和方法。這些方法主要是基于特定的結(jié)構(gòu)利用不同的入射角和波長對GH位移進行調(diào)控和增強，但是靈活性較差、測量困難且不穩(wěn)定。

利用這些方法進行傳感時，得到的GH位移偏小，會對檢測結(jié)果造成誤差。為了達到增強古斯?jié)h森效應(yīng)的目的，從而減小傳感時的系統(tǒng)誤差，本發(fā)明利用石墨烯和二氧化釩(VO2)兩種材料設(shè)計了一維光子晶體結(jié)構(gòu)，對GH位移進行增強和調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種光場調(diào)控傳感器及其使用方法解決了現(xiàn)有對GH位移進行調(diào)控和增強方法存在GH位移偏小的問題。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種光場調(diào)控傳感器，包括：玻璃棱鏡、光子晶體耦合層和空氣層；

所述玻璃棱鏡與光子晶體耦合層的一面固定連接，玻璃棱鏡與光子晶體耦合層間無空氣；所述空氣層位于光子晶體耦合層的另一相對面。

進一步地，所述光子晶體耦合層包括依次固定連接的第一石墨烯層、第一二氧化釩層、第二石墨烯層、第二二氧化釩層、第三石墨烯層、第三二氧化釩層、第四石墨烯層、第四二氧化釩層、第五石墨烯層、第五二氧化釩層、第六石墨烯層、第六二氧化釩層、第七石墨烯層、第七二氧化釩層、第八石墨烯層、第八二氧化釩層、第九石墨烯層、第九二氧化釩層、第十石墨烯層和第十二氧化釩層；所述第一石墨烯層與玻璃棱鏡固定連接；所述第十二氧化釩層與空氣層接觸。

進一步地，所述玻璃棱鏡的折射率為1.486，其形狀為三棱柱，其材料為BK7玻璃。

進一步地，所述第一石墨烯層、第二石墨烯層、第三石墨烯層、第四石墨烯層、第五石墨烯層、第六石墨烯層、第七石墨烯層、第八石墨烯層、第九石墨烯層和第十石墨烯層的厚度均為0.5nm。

進一步地，所述第一二氧化釩層、第二二氧化釩層、第三二氧化釩層、第四二氧化釩層、第五二氧化釩層、第六二氧化釩層、第七二氧化釩層、第八二氧化釩層、第九二氧化釩層和第十二氧化釩層的厚度均為70mm。

上述進一步方案的有益效果為：由于在太赫茲波段的石墨烯可以視為金屬態(tài)，常溫時的二氧化釩處于絕緣態(tài)，其介電常數(shù)一正一負滿足SPR激發(fā)條件。且石墨烯和二氧化釩這兩種材料擁有同時達到拉莫爾共振并且可以增強SPR效應(yīng)的特點。基于上述特點，本發(fā)明設(shè)計了石墨烯-VO2構(gòu)成的光子晶體結(jié)構(gòu)。空氣層是相當于把裝置放置于空氣中。

一種光場調(diào)控傳感器的使用方法，包括以下步驟：

S1、采用水平偏振的高斯光束從空氣射入玻璃棱鏡中，在玻璃棱鏡與光子晶體耦合層的交界面處發(fā)生全反射，得到反射光束；