[发明专利]一种基于晶格渐变型二维光子晶体和交叉双横梁结构的压力传感器

说明书

本发明涉及一种利用晶格渐变型的二维光子晶体微腔阵列与双横梁结构实现的量程可扩压力传感器，属于光子晶体传感器技术领域。本发明首次将晶格渐变型的二维光子晶体结构应用于传感阵列的设计中，首次应用多个微腔协作测量一个待测物理量，为高灵敏度、大量程的光子晶体传感阵列提供了条件。本发明通过设计位于不同晶格常数区域的微腔，使三个微腔的谐振频率不同，从而在输出端的透射谱中可获得不同频率的谐振峰。当受力横梁发生形变时，位移横梁上水平高度不同的传感柱依次分别进入上述微腔，使得谐振峰先后依次偏移，实现大量程传感。本发明设计中的传感器阵列具有可扩展性，为量程可扩的光子传感器阵列的实现提供了方法。

技术领域

本发明涉及一种利用晶格渐变型二维光子平板与交叉双横梁结构的压力传感器的实现方法，属于光子晶体传感器技术领域。

背景技术

自光子晶体这一物理概念在上世纪八十年代末提出以来,随着微纳加工制备技术的发展,各种光子晶体器件在理论、实验和应用方面都取得了很大的进展。其中,光子晶体传感器作为一种新型的微纳传感器,由于其典型的高灵敏度、高分辨率、响应迅速、抗干扰、可微型化、可复用以及可集成度高等优势,目前关于光子晶体传感器的研究已成为国内外研究内容的热点之一。

迄今为止，光子晶体传感器的研究主要集中于折射率传感器(文献1,Ian M.Whiteand Xudong Fan,On the performance quantification of resonant refractive indexsensors,Optics Express,vol.16,pp.1020-1028,(2008)),温度传感器(文献2,YongqinYu,Xuejin Li,Xueming Hong,Yuanlong Deng,Kuiyan Song,Youfu Geng,Huifeng Wei,and Weijun Tong,Some features of the photonic crystal fiber temperaturesensor with liquid ethanol filling,Optics Express,vol.18,pp.15383-15388,(2010)),位移传感器(文献3,Wonjoo Suh,M.F.Yanik,Olav Solgaard,and Shanhui Fan,Displacement-sensitive photonic crystal structures based on guided resonancein photonic crystal slabs,Applied Physics Letters,vol.82,pp.1999-2001),压力传感器(文献4,H.Y.Fu,H.Y.Tam,Li-Yang Shao,Xinyong Dong,P.K.A.Wai,C.Lu,and SunilK.Khijwania,Pressure sensor realized with polarization-maintaining photoniccrystal fiber-based Sagnac interferometer,vol.47,pp.2835-2839)等等。近年来，光子晶体传感器阵列是一个热点研究方向，如(文献5,Qi Liua,Huiping Tiana,.,DaquanYanga,b,Jian Zhoua,Yi Yanga,Yuefeng Ji,Nanoscale radius-graded photoniccrystal sensor arrays usinginterlaced and symmetrical resonant cavities forbiosensing,vol.216,pp.223-230),主要介绍了一种基于半径渐变型和交错型谐振腔的光子晶体传感器阵列,(文献6，Pan Zhang,Huiping Tian,Daquan Yang,Qi Liu,Jian Zhou,Lijun Huang,Yuefeng Ji,Radius vertical graded nanoscale interlaced-coupledphotonic crystal sensors array,vol.355,pp.331-336),主要介绍了一种基于垂直方向半径渐变型和交错型谐振腔的光子晶体传感器阵列。这些结构在一块二维光子晶体平板上集成多个传感区域，各个传感单元之间独立工作。但是，由于光子晶体的尺寸和灵敏度的限制，单个传感单元的量程均较小，实际应用当中十分受限。