[发明专利]一种基于光子晶体的磁场温度双参量传感器

说明书

本发明公开了一种基于光子晶体的磁场温度双参量传感器，包括由高折射率介质层与低折射率介质层形成的一维周期性结构、缺陷层和金属膜层；所述缺陷层穿插在一维周期性结构中间，缺陷层上表面和下表面均与低折射率介质层接触；金属膜层在最外层，覆盖在高折射率介质层外表面；所述高折射率介质层为TiO₂层，低折射率介质层为Al₂O₃层，缺陷层为水基Fe₃O₄磁流体，金属膜层为银金属层；缺陷层、高折射率介质层、低折射率介质层、金属膜层沿Z轴方向排列，排列顺序为(HL)⁵MF(LH)⁵‑Ag。本发明提供的磁场温度双参量传感器，灵敏度高、抗干扰、结构简单、体积小、质量轻，能实现磁场和温度的分别测量。

技术领域

本发明涉及一种基于光子晶体的磁场温度双参量传感器，属于光学传感、光子晶体器件技术领域。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为光电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

光子晶体是一种由不同折射率的介质材料在空间上成周期性分布形成的结构，并且空间周期与工作波长处于同一量级的。光子晶体内部具有光子能量和频率的光子禁带，处于禁带区域的光子被禁止传播。在光子晶体填充磁流体形成缺陷模式，磁流体具有独特的磁光效应，同时具有较好的温敏特性，因此具有良好的传感特性。在光子晶体缺陷结构的一侧表面引入金属，金属与一维光子晶体界面处的电场局域增强所激发光学 Tamm态，利用缺陷态和光学Tamm态这两种独立的模式来实现磁场和温度的双参量同时测量。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于光子晶体的磁场温度双参量传感器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于光子晶体的磁场温度双参量传感器，包括由高折射率介质层与低折射率介质层形成的一维周期性结构、缺陷层和金属膜层；所述缺陷层穿插在一维周期性结构中间，缺陷层上表面和下表面均与低折射率介质层接触；金属膜层在最外层，覆盖在高折射率介质层外表面。

进一步地，所述缺陷层、高折射率介质层、低折射率介质层、金属膜层沿Z轴方向排列，排列顺序为(HL)ⁿMF(LH)ⁿ-金属，其中H为高折射率电介质层，L为低折射率电介质层，MF为缺陷层,n为高折射率介质层与低折射率介质层的层数。

进一步地，n等于5，即缺陷层上方和下方各有五层高折射率介质层与低折射率介质层交叠贴合。

进一步地，所述高折射率介质层为TiO₂层，低折射率介质层为Al₂O₃层，高折射率介质层与低折射率介质层的光学厚度均为λ₀/4。

进一步地，所述缺陷层为水基Fe₃O₄磁流体，光学厚度为λ₀/2。

进一步地，所述金属膜层为银金属层，厚度为60nm。

有益效果：本发明提供的磁场温度双参量传感器，灵敏度高、抗干扰、结构简单、体积小、质量轻，能实现磁场和温度的分别测量。通过在一维光子晶体的周期性结构中引入缺陷层来改变带隙结构，同时在一侧表面引入金属，利用金属与一维光子晶体界面处的电场局域增强激光光学Tamm态，实现磁场和温度的同时测量。通过调整一维光子晶体的周期数、缺陷层和金属膜层的厚度来改变一维光子晶体双参量传感器的输出光谱结构，从而使传感器得到更高的检测灵敏度。

附图说明