[发明专利]一种基于超导材料和缺陷光子晶体的静态压强传感器

说明书

本发明涉及一种基于超导材料和缺陷光子晶体的静态压强传感器，包括结构可表示为D(AB)supgt;N/supgt;C(BA)supgt;N/supgt;D的一维缺陷光子晶体，其中N为正整数、用于表示空间周期数，A和B分别为折射率不同的媒质薄片，且媒质薄片A由超导材料HgBasubgt;2/subgt;Casubgt;2/subgt;Cusubgt;3/subgt;Osubgt;8+δ/subgt;制成，媒质薄片B由半导体材料GaAs制成，C为用于产生缺陷模的缺陷层，且C的材质和厚度与A、B的材质和厚度不完全一样，两个D分别为输入光波导和输出光波导，用于引导光入射和出射所述缺陷光子晶体，同时光波导D将外界压力传递到缺陷光子晶体上，形成静态压强。本发明基于特定材质及结构设计的缺陷光子晶体所得到的静态压强传感器能够对压强进行高精度测量。

技术领域

本发明属于低温静态压强传感器技术领域，具体涉及一种基于超导材料和缺陷光子晶体的静态压强传感器。

背景技术

传统的压强传感器通常是利用材料的机械弹性形变、压电效应或应变电阻进行工作的。这种传感器的缺陷是反应速度慢，灵敏度系数受环境影响大，很难对压强进行高精度测量。特别是在低温环境下，材料的物性发生根本性变化，大大超出了常规压强传感器的工作环境适用范围，因此必须利用新结构和新材料设计高灵敏度的低温压强传感器。

将不同折射率的媒质薄片交替排列，可以形成一维光子晶体，再在光子晶体中插入缺陷，便可形成缺陷光子晶体。缺陷光子晶体支持缺陷模，缺陷模位于光子能带的中心位置。然而由于普通媒质的折射率受环境温度和压强的影响十分有限，因此当环境温度和压强改变时，缺陷光子晶体中缺陷模对应的中心波长变化不明显。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于超导材料和缺陷光子晶体的静态压强传感器，其能够对压强进行高精度测量。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于超导材料和缺陷光子晶体的静态压强传感器，包括结构可表示为D(AB)^NC(BA)^ND的一维缺陷光子晶体，其中N为正整数、用于表示空间周期数，A和B分别为折射率不同的媒质薄片，且媒质薄片A由超导材料HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ制成，媒质薄片B由半导体材料GaAs制成，C为用于产生缺陷模的缺陷层，且C的材质和厚度与A、B的材质和厚度不完全一样，两个D分别为输入光波导和输出光波导，用于引导光入射和出射所述缺陷光子晶体，同时光波导D将外界压力传递到缺陷光子晶体上，形成静态压强。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述缺陷光子晶体支持的缺陷模所对应的中心波长是温度和压强的函数。

进一步，环境温度固定时，所述缺陷光子晶体上的静态压强可通过缺陷模对应的中心波长来探测。

进一步，所述静态压强传感器的灵敏度系数可通过环境温度调控。

进一步，所述空间周期数N＝3，所述缺陷光子晶体的结构为DABABABCBABABAD。

进一步，环境温度Te＝100K(开)、压强P＝100GPa(吉帕)时，所述媒质薄片A的折射率为n_a0＝0.9984，所述媒质薄片B的折射率为n_b0＝3.2773，所述媒质薄片A和媒质薄片B的厚度均为各自1/4光学波长。

进一步，所述缺陷层C的材质为HgBa₂Ca₂Cu₃O_8+δ，所述缺陷层C的折射率为n_c0＝0.9984，所述缺陷层C的厚度为1/2光学波长。