[发明专利]一种基于光子晶体平板微腔的磁场传感器

说明书

本发明提供一种基于光子晶体平板微腔的磁场传感器，包括光子晶体平板和磁敏薄膜；光子晶体平板上设有若干阵列布置的空气孔；光子晶体平板上设有点缺陷微腔，磁敏薄膜覆盖在微腔表面；光子晶体平板上设有光子晶体波导。本发明将磁敏薄膜覆盖于光子晶体平板微腔的表面上，随着外界磁场的变化，磁敏薄膜的折射率会发生不同程度的变化，由于倏逝波的耦合作用，从而使光子晶体平板波导输出光谱中的能量损耗发生变化，根据能量损耗的大小反推出外界磁场的变化量，具有安全防爆、抗电磁干扰、质量轻、响应速度快、测量范围大、可进行实时远距离检测等优异特性，又解决了传统光学磁场传感器测量测量微弱磁场灵敏度较低的问题，提高了弱磁场测量的精度。

技术领域

本发明属于光学磁场检测研究领域，具体涉及一种基于光子晶体平板微腔的磁场传感器。

背景技术

磁场传感器对于一系列应用至关重要，包括计算机中的存储器读取和医疗诊断。许多这些应用需要高精度的磁场测量。传统的宏磁传感器如应用广泛的基于霍尔效应的磁场传感器和线圈式磁传感器虽然使用方便、价格便宜，但精度不高、温度稳定性不好、体积大、重量重，而且还存在响应慢、分辨，抗干扰能力和可靠性差等问题。随着市场需求的变化，磁传感器逐渐向小型化和集成化发展。因此，急需一种小型化、易集成、灵敏度高的新型传感器。而基于磁光效应的光学磁场传感器由于其具有安全防爆、抗电磁干扰、质量轻、响应速度快、测量范围大、可进行实时远距离监测等优异特性而成为目前研究最多的磁场测量技术。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于光子晶体平板微腔的磁场传感器，特别适用于弱磁场的测量，为高灵敏度的磁场测量提供了一种新技术和新思路，本发明不仅具有传统光学磁场传感器的优点,还具有操作简单、结构小、灵敏度高、抗干扰能力强、稳定性好等优异特性，所述测量装置能够大大拓宽光学磁场传感器在磁场测量领域中的应用,具有十分重大的现实意义。此外，通过在光子晶体平板微腔上覆着各向异性磁敏薄膜，即不同磁场方向下磁敏薄膜的折射率变化不同，该磁场传感器也可以对磁场方向进行检测，解决了传统磁场传感器中精度不高、体积大、抗干扰能力和可靠性差等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于光子晶体平板微腔的磁场传感器，包括光子晶体平板和磁敏薄膜；

所述光子晶体平板上设有若干阵列布置的空气孔；

所述光子晶体平板上设有点缺陷微腔，所述磁敏薄膜覆盖在微腔表面；

所述光子晶体平板上设有光子晶体波导。

上述方案中，所述空气孔呈等边三角形排列。

进一步的，所述空气孔的半径为r＝0.29a，其中a为光子晶体的晶格常数，其中，a＝420nm。

进一步的，所述点缺陷微腔为L3型点缺陷微腔。

进一步的，所述L3型点缺陷微腔边缘的两个空气孔分别向外侧移动Δx＝0.15a。

上述方案中，所述光子晶体波导为空气桥结构。

进一步的，所述光子晶体波导的波导宽度为

上述方案中，所述光子晶体平板的材质为Si基板；所述Si基板的厚度为h＝0.6a,有效折射率为n＝3.4。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过将磁敏薄膜覆盖于光子晶体平板微腔的表面上，形成一个新型的光子晶体平板微腔结构,即新型弱磁传感器。随着外界磁场的变化，磁敏薄膜的折射率会发生不同程度的变化，由于倏逝波的耦合作用，从而使光子晶体平板波导输出光谱中的能量损耗发生变化。最后，根据能量损耗的大小反推出外界磁场的变化量，实现对磁场的测量，具有安全防爆、抗电磁干扰、质量轻、响应速度快、测量范围大、可进行实时远距离检测等优异特性，又解决了传统光学磁场传感器测量测量微弱磁场灵敏度较低的问题，提高了弱磁场测量的精度。