[发明专利]一种基于堆栈型双模式光子晶体纳米束腔的超紧凑高灵敏度双参量传感器

说明书

本发明涉及一种基于堆栈型光子晶体纳米束双模腔的双参量传感器设计，属于光子晶体传感器技术领域。本发明将两种模式局域在同一个光子晶体纳米束腔中，从而提高传感器的性能。具体而言，在二氧化硅基底上引入长度和宽度渐变的长方体硅块，长度从中心向两侧线性增大，宽度从中心向两侧线性减小，构成支持空气模和介质模共存的光子晶体纳米束腔，从而实现了对多参量检测能力和集成能力的提高。相比传统传感器，该光子晶体纳米束腔首次被用于温度和湿度同时传感，湿度灵敏度提高了2～3倍。相比其他双参量传感器，该发明结构装置更加简单，更有利于制作；尺寸大大减小，仅为14μm×0.67μm×0.22μm(长×宽×高)，更有利于集成化。本发明可以用于环境湿度和温度传感领域。

技术领域

本发明涉及一种基于一维堆栈型光子晶体纳米束双模腔的双参量传感器，其特点是传感性能优良，尺寸小，可以实现温度和相对湿度的同时检测，属于光子晶体传感器技术领域。

背景技术

相对湿度在工业生产、天气预报、农业、粮食储存和医疗设施等各个领域都很重要。电子湿度传感器的应用受到灵敏度低、电磁干扰、漏电等问题的限制。基于光纤的湿度传感器优于电子方法，但需要复杂的制造工艺(文献1：S.A.Kolpakov,N.T.Gordon,C.Mou,and K.Zhou,“Toward a New Generation of Photonic Humidity Sensors,”Sensors,14(3),3986-4013(2014).；文献2：C.Zhao,Q.Yuan,L.Fang,X.Gan,and J.Zhao,“High-performance humidity sensor based on a polyvinyl alcohol-coated photoniccrystal cavity,”Opt.Lett.41(23),5515-5518(2016).)。近年来，片上微纳传感器由于装置简单、结构稳定、成本低，可以大量生产等优势得到广泛关注。其中，以高品质因子(Q)和超低有效模体积(V)为特征的光子晶体纳米腔显示出优势。这是因为高的Q/V比率代表强的光物相互作用，可使光学传感器获得高分辨率和高灵敏度，而且光子晶体纳米束腔尺寸很小，易于集成。