[发明专利]一种基于古斯-汉森位移的高灵敏度光波长传感器

说明书

本发明提供了一种基于古斯‑汉森位移的高灵敏度光波长传感器，属于光学技术领域。高灵敏度光波长传感器的光子晶体包括石墨烯单层，石墨烯单层的入射侧设置有第一周期性晶体，石墨烯单层的出射侧设置有第二周期性晶体，石墨烯单层与第一周期性晶体之间、石墨烯单层与第二周期性晶体之间分别嵌入有一缺陷层；第一周期性晶体包括交替分布的若干第一电介质层和若干第二电介质层，第二周期性晶体包括交替分布的若干第三电介质层和若干第四电介质层。本发明能够探测入射光波长和同时实现拓扑边界态附近大的反射率和古斯‑汉森位移。

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种基于古斯-汉森位移的高灵敏度光波长传感器。

背景技术

当光照射到两种折射率分别为n₁和n₂的电介质上时，在电介质的分界面上，如果发生全反射，会有部分光场渗入下层介质内部，这就相当于在实际的分界面后面放置了一个虚拟的反射界面，那么，相对于原来几何光学预测的位置，反射光就会存在一个横向移动，该位移叫古斯-汉森位移，该现象叫古斯-汉森现象，最早由古斯(Goos)和汉森在实验上观测到。古斯-汉森位移的形成示意图如图1所示，其中符号Δ表示反射光束的横向位移，箭头线表示光束的中心轴线。

古斯-汉森位移可广泛应用于高灵敏度传感器和光开关。特别地，古斯-汉森位移对入射的光波长、入射角等特别敏感，故可应用高亮度波长和角度传感器。但是，在通常情况下，古斯-汉森位移比较弱，一般就几个波长或十几个波长，因此，这在实验上对古斯-汉森位移的检测以及应用造成很大的困难。因此，要得到基于古斯-汉森位移的高灵敏度波长和角度传感器，首先得提高古斯-汉森位移的量级。

人们采取多种方法来增强古斯-汉森位移，比如，利用光子晶体的带隙边缘态，以及材料的弱损耗，来得到较大的古斯-汉森位移。特别地，在非厄米光子系统(含有光增益和光损耗，或包含其一)中的异常点(exceptional points:EPs)和相干完美吸收激光点(coherent-perfect-absorption-laser point：CPA-LP)附近，会出现古斯-汉森极值，理论上达到无穷大。但是，在EPs的反射率为零，而且在其附近，反射率也非常低，另外，CPA-LP不是一个稳定光子态。因此，这激发我们探索稳定的、反射率大的，且能实现较大的古斯-汉森位移的光子器件。

古斯-汉森位移正比于反射系数的相位，在光子晶体的带隙边缘和缺陷模附近，反射系数的相位急剧改变，这就必然导致较大的古斯-汉森位移出现。为了进一步增大反射系数相位的变化率，可以将两种不同的光子晶体复合，得到拓扑边界态，在拓扑边缘态附近，反射系数相位变化更加剧烈。另外，石墨烯是一种新兴的二维材料，具有电导率可调节性，其表面电导率是其化学势的函数。单层石墨烯的透明的，但是，石墨烯中存在较弱的光学损耗系数。因此可以将石墨烯与光子晶体复合，来增强古斯-汉森位移，从而实现高灵敏度波长或角度传感器。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种基于古斯-汉森位移的高灵敏度光波长传感器，本发明所要解决的技术问题是得到一种能够探测入射光波长的高灵敏度光波长传感器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于古斯-汉森位移的高灵敏度光波长传感器，其特征在于，高灵敏度光波长传感器的光子晶体包括石墨烯单层，所述石墨烯单层的入射侧设置有第一周期性晶体，所述石墨烯单层的出射侧设置有第二周期性晶体，所述石墨烯单层与第一周期性晶体之间、石墨烯单层与第二周期性晶体之间分别嵌入有一缺陷层；所述第一周期性晶体包括交替分布的若干第一电介质层和若干第二电介质层，所述第二周期性晶体包括交替分布的若干第三电介质层和若干第四电介质层。

进一步的，所述第一电介质层为氟化镁。

进一步的，所述缺陷层为氟化镁。

进一步的，所述第二电介质层为硫化锌。

进一步的，所述第三电介质层为硅。