[发明专利]一种基于双光栅反馈的二维片上传感器及设计方法

权利要求书

1.一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：为三明治结构，两侧为同结构光栅层，中间夹着增益层；在双侧光栅之间形成F-P谐振，在水平方向又存在导模共振，从而形成了谐振腔反射谱非对称的Fano线型；所述的光栅层为由外界环境充当低折射率材料的亚波长高对比度光栅结构，对垂直于折射率周期性变化的方向提供宽波段的高反射能力；由于双侧光栅的结构设计，在垂直方向形成了法布里珀罗谐振腔，经过泵浦激发的光在谐振腔内来回穿过增益层得到增益，从而引起受激辐射光放大；由于整个器件是亚波长结构，在光栅平面存在高阶衍射导致的导模共振，从而导致激射波长与环境折射率变化有关。

2.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的器件双侧光栅同时暴露于工作环境中。

3.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的折射率传感器工作在折射率较低的环境中，即适用于气体环境，也适用于液体环境。

4.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的光栅层为高折射率材料，折射率在2.0到3.6之间的半导体材料。

5.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的光栅层包括刻蚀形成的光栅结构和未被刻蚀的光栅支撑层。

6.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的两层光栅层折射率周期性变化方向、结构参数、周期数均一致，高折射率条对齐。

7.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的增益层由发光半导体或者掺杂有机染料分子的介质构成；所述的增益层厚度为50nm～500nm。

8.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述的增益层两侧设有间隔层。

9.根据权利要求5所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器，其特征在于：所述未被刻蚀的光栅支撑层的厚度为0。

10.根据权利要求1所述的一种基于双光栅反馈的二维片上传感器的设计方法，该方法具体步骤为：

步骤一：通过仿真手段计算HCG的反射率，扫描不同周期、占空比、厚度下的反射光谱，并分别绘出波长与周期、占空比、厚度的反射率谱图，从而寻找具有合适光谱特性的结构参数；

步骤二：通过单周期结构仿真，寻找合适的增益以及间隔层厚度，设计谐振腔谐振波段与增益谱重叠。