[发明专利]一种光场调控传感器及其使用方法

说明书

本发明公开了一种光场调控传感器及其使用方法，其传感器包括：玻璃棱镜、光子晶体耦合层和空气层；所述玻璃棱镜与光子晶体耦合层的一面固定连接，玻璃棱镜与光子晶体耦合层间无空气；所述空气层位于光子晶体耦合层的另一相对面；其使用方法为：S1、采用水平偏振的高斯光束从空气射入玻璃棱镜中，在玻璃棱镜与光子晶体耦合层的交界面处发生全反射，得到反射光束；S2、在垂直于高斯光束入射面的方向，施加磁场，得到移动GH位移的反射光束，完成对光束的调控；本发明解决了现有对GH位移进行调控和增强方法存在GH位移偏小的问题。

技术领域

本发明涉及一种折射率传感器，具体涉及一种光场调控传感器及其使用方法。

背景技术

GH位移是入射光在介质的分界面发生全反射时，实际的反射光束相对于几何光学所预测的位置之间存在一个沿界面方向的微小位移。通过增强GH位移可以设计和制作各种高灵敏度传感器、滤波器、光开关等光学器件。

表面等离子体共振(SPR)是一种发生在金属和介质交界面上的电子振荡和倏逝波耦合现象。SPR传感技术就是基于上述现象对金属表面的某些物质进行检测分析，通过检查样品的折射率变化导致接收SPR光学信号改变。

目前，对古斯-汉森位移进行增强和放大的主要方法是利用特定的结构和方法。这些方法主要是基于特定的结构利用不同的入射角和波长对GH位移进行调控和增强，但是灵活性较差、测量困难且不稳定。

利用这些方法进行传感时，得到的GH位移偏小，会对检测结果造成误差。为了达到增强古斯汉森效应的目的，从而减小传感时的系统误差，本发明利用石墨烯和二氧化钒(VO2)两种材料设计了一维光子晶体结构，对GH位移进行增强和调控。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种光场调控传感器及其使用方法解决了现有对GH位移进行调控和增强方法存在GH位移偏小的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种光场调控传感器，包括：玻璃棱镜、光子晶体耦合层和空气层；

所述玻璃棱镜与光子晶体耦合层的一面固定连接，玻璃棱镜与光子晶体耦合层间无空气；所述空气层位于光子晶体耦合层的另一相对面。

进一步地，所述光子晶体耦合层包括依次固定连接的第一石墨烯层、第一二氧化钒层、第二石墨烯层、第二二氧化钒层、第三石墨烯层、第三二氧化钒层、第四石墨烯层、第四二氧化钒层、第五石墨烯层、第五二氧化钒层、第六石墨烯层、第六二氧化钒层、第七石墨烯层、第七二氧化钒层、第八石墨烯层、第八二氧化钒层、第九石墨烯层、第九二氧化钒层、第十石墨烯层和第十二氧化钒层；所述第一石墨烯层与玻璃棱镜固定连接；所述第十二氧化钒层与空气层接触。

进一步地，所述玻璃棱镜的折射率为1.486，其形状为三棱柱，其材料为BK7玻璃。

进一步地，所述第一石墨烯层、第二石墨烯层、第三石墨烯层、第四石墨烯层、第五石墨烯层、第六石墨烯层、第七石墨烯层、第八石墨烯层、第九石墨烯层和第十石墨烯层的厚度均为0.5nm。

进一步地，所述第一二氧化钒层、第二二氧化钒层、第三二氧化钒层、第四二氧化钒层、第五二氧化钒层、第六二氧化钒层、第七二氧化钒层、第八二氧化钒层、第九二氧化钒层和第十二氧化钒层的厚度均为70mm。

上述进一步方案的有益效果为：由于在太赫兹波段的石墨烯可以视为金属态，常温时的二氧化钒处于绝缘态，其介电常数一正一负满足SPR激发条件。且石墨烯和二氧化钒这两种材料拥有同时达到拉莫尔共振并且可以增强SPR效应的特点。基于上述特点，本发明设计了石墨烯-VO2构成的光子晶体结构。空气层是相当于把装置放置于空气中。

一种光场调控传感器的使用方法，包括以下步骤：

S1、采用水平偏振的高斯光束从空气射入玻璃棱镜中，在玻璃棱镜与光子晶体耦合层的交界面处发生全反射，得到反射光束；