一种光子晶体传感单元及传感器制造技术

本发明专利技术公开一种光子晶体传感单元及传感器。其中，所述传感单元，包括位于基底平板上沿光传播方向顺次间隔设置的第一波导、介质层堆栈结构和第二波导，在垂直于光传播方向上介质层堆栈结构的宽度与基底平板的宽度相等；介质层堆栈结构包括第一介质层与第一空隙交替排列的一维光子晶体结构和至少两个由第二空隙和第三空隙及二者之间的第二介质层构成的缺陷体，所有缺陷体中至少两个缺陷体的尺寸不相同；任意两个缺陷体之间、第一波导与相邻的缺陷体之间、第二波导与相邻的缺陷体之间设置有一维光子晶体结构。本发明专利技术提供的一种光子晶体传感单元及传感器，节约了液体样本，并提高了对液体浓度的检测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种光子晶体传感单元及传感器
本专利技术涉及测量
，具体涉及一种光子晶体传感单元及传感器。
技术介绍
光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap，简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构，具有不受电磁干扰、不会传染目标传感检测分子、能够集成到单个芯片级的传感平台的特点，其在环境监控、健康医疗、生物医疗研发等众多领域得到了应用。一维光子晶体由两种介质周期交替叠层而成，在垂直于介质层所在平面方向上的折射率是空间坐标的一维周期性函数，而在平行于介质层所在平面方向上介电常数不随空间位置而变化。现有技术公开了一种一维堆栈型模式间隔腔光子晶体折射率传感器，在绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，以下简称SOI)层加工出宽度渐变型的一维光子晶体阵列，通过对垂直于折射率周期变化方向上的宽度进行二次调制引入缺陷，通过对液体折射率变化的检测实现对液体的浓度检测。但上述这种一维光子晶体传感器只有一个传感单元，每次只能检测待测样本中一种液体的浓度，检测效率和样本利用率较低。因此，如何提出一种一维光子晶体传感单元，能够提高对液体浓度的检测效率，成为业界亟待解决的重要课题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种光子晶体传感单元及传感器。一方面，本专利技术提出一种光子晶体传感单元，包括：位于基底平板上沿光传播方向顺次间隔设置的第一波导、介质层堆栈结构和第二波导，在垂直于所述光传播方向上所述介质层堆栈结构的宽度与所述基底平板的宽度相等；所述介质层堆栈结构包括第一介质层与第一空隙交替排列的一维光子晶体结构和至少两个缺陷体，每个缺陷体均由厚度发生改变的一个所述第一介质层和/或，厚度发生改变的与该第一介质层相邻的所述第一空隙形成，包括第二空隙和第三空隙及所述第二空隙和所述第三空隙之间的第二介质层，所有缺陷体中至少两个缺陷体的尺寸不相同；任意两个所述缺陷体之间、所述第一波导和与所述第一波导相邻的所述缺陷体之间、所述第二波导和与所述第二波导相邻的所述缺陷体之间设置有所述一维光子晶体结构。其中，所述缺陷体有两个，第一缺陷体靠近所述第一波导，第二缺陷体靠近所述第二波导，所述第一缺陷体与所述第一波导之间的第一距离等于所述第二缺陷体与所述第二波导之间的第二距离。其中，所述第一缺陷体与所述第一波导之间的所述第一介质层的数量为5，所述第一缺陷体与所述第二缺陷体之间的所述第一介质层的数量为4。其中，所述第一缺陷体的第二介质层的厚度为0.1609微米，所述第一缺陷体的第二空隙的厚度和第三空隙的厚度都为0.3665微米；所述第二缺陷体的第二介质层的厚度为0.149微米，所述第二缺陷体的第二空隙的厚度和所述第三空隙的厚度都为0.3725微米。其中，所述缺陷体的所述第二空隙的厚度和所述第三空隙的厚度相等。其中，所述一维光子晶体结构的晶格常数为0.298微米，所述第一介质层的厚度为0.149微米。其中，所述第一波导和所述第二波导沿所述光传播方向的长度为2.5微米，所述第一波导和所述第二波导垂直于所述光传播方向的宽度为0.79微米。其中，所述基底平板的厚度为502微米。其中，所述第一波导、所述介质层堆栈结构和所述第二波导在绝缘体上硅的硅层上制作而成。另一方面，本专利技术提出一种光子晶体传感器，包括上述任一实施例所述的光子晶体传感单元。本专利技术提供的一种光子晶体传感单元及传感器，在位于基底平板上沿光传播方向顺次间隔设置的第一波导、介质层堆栈结构和第二波导，并在介质层堆栈结构中设置一维光子晶体结构和至少两个缺陷体，通过在不同的缺陷体中填充不同的液体，可以实现对不同液体浓度同时进行检测，节约了液体样本，并提高了对液体浓度的检测效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例光子晶体传感单元的结构示意图；图2a-2e为本专利技术一实施例通过光子晶体传感单元获得的谐振峰及其场分布曲线示意图；图3为本专利技术一实施例通过光子晶体传感单元获得的透射谱示意图；图4为本专利技术另一实施例通过光子晶体传感单元获得的透射谱示意图；图5为本专利技术又一实施例通过光子晶体传感单元获得的透射谱示意图；图6为本专利技术一实施例通过光子晶体传感单元获得的折射率灵敏度示意图；附图标记说明：1-基底平板；2-第一波导；3-介质层堆栈结构；4-第二波导；30-缺陷体；31-一维光子晶体结构；301-第一缺陷体；302-第二缺陷体。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术一实施例光子晶体传感单元的结构示意图，如图1所示，本专利技术提供的光子晶体传感单元，包括：位于基底平板1上沿光传播方向顺次间隔设置的第一波导2、介质层堆栈结构3和第二波导4，在垂直于所述光传播方向上介质层堆栈结构3的宽度与基底平板1的宽度相等；介质层堆栈结构3包括第一介质层与第一空隙交替排列的一维光子晶体结构31和至少两个缺陷体30，每个缺陷体30均由厚度发生改变的一个所述第一介质层和/或，厚度发生改变的与该第一介质层相邻的所述第一空隙形成，包括第二空隙和第三空隙及所述第二空隙和所述第三空隙之间的第二介质层，所有缺陷体30中至少两个缺陷体30的尺寸不相同；任意两个缺陷体30之间、第一波导2和与第一波导2相邻的缺陷体30之间、第二波导4和与第二波导4相邻的缺陷体30之间设置有一维光子晶体结构31。基底平板1包括埋氧层和衬底层，本专利技术提供的光子晶体传感单元可以通过电子束光刻方法在SOI上蚀刻硅层制作而成，基底平板1可以是SOI的绝缘层和衬底层，基底平板1对第一波导2、介质层堆栈结构3和第二波导4起到固定和支撑作用。入射探测光束可以通过第一波导2或者第二波导4入射，当通过第一波导2入射时，第一波导2作为输入波导，第二波导4作为输出波导；当通过第二波导4入射时，第二波导4作为输入波导，第一波导2作为输出波导。介质层堆栈结构3包括一维光子晶体结构31和至少两个缺陷体30，一维光子晶体结构31由第一介质层与第一空隙交替排列构成。每个缺陷体30可以看成是厚度发生改变的一个所述第一介质层和/或、厚度发生改变的与该第一介质层相邻的第一空隙形成，包括第二空隙和第三空隙及所述第二空隙和所述第三空隙之间的第二介质层，因此，所述第二介质层的厚度与所述第一介质层的厚度不相等和/或，所述第二空隙的厚度和所述第三空隙的厚度至少有一个与所述第一空隙的厚度不相等。所有缺陷体30中至少两个缺陷体30的尺寸不相同，两个缺陷体30的尺寸不相同指的是两个缺陷体30的所述第二介质层的厚度不相等、所述第二空隙的厚度不相等、所述第三空隙的厚度不相等三个条件中至少有一个成立。任意两个缺陷体30之间设置有一维光子晶体结构31，第一波导2与相邻的缺陷体30之间设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子晶体传感单元，其特征在于，包括：位于基底平板上沿光传播方向顺次间隔设置的第一波导、介质层堆栈结构和第二波导，在垂直于所述光传播方向上所述介质层堆栈结构的宽度与所述基底平板的宽度相等；所述介质层堆栈结构包括第一介质层与第一空隙交替排列的一维光子晶体结构和至少两个缺陷体，每个缺陷体均由厚度发生改变的一个所述第一介质层和/或，厚度发生改变的与该第一介质层相邻的所述第一空隙形成，包括第二空隙和第三空隙及所述第二空隙和所述第三空隙之间的第二介质层，所有缺陷体中至少两个缺陷体的尺寸不相同；任意两个所述缺陷体之间、所述第一波导和与所述第一波导相邻的所述缺陷体之间、所述第二波导和与所述第二波导相邻的所述缺陷体之间设置有所述一维光子晶体结构。

【技术特征摘要】
1.一种光子晶体传感单元，其特征在于，包括：位于基底平板上沿光传播方向顺次间隔设置的第一波导、介质层堆栈结构和第二波导，在垂直于所述光传播方向上所述介质层堆栈结构的宽度与所述基底平板的宽度相等；所述介质层堆栈结构包括第一介质层与第一空隙交替排列的一维光子晶体结构和至少两个缺陷体，每个缺陷体均由厚度发生改变的一个所述第一介质层和/或，厚度发生改变的与该第一介质层相邻的所述第一空隙形成，包括第二空隙和第三空隙及所述第二空隙和所述第三空隙之间的第二介质层，所有缺陷体中至少两个缺陷体的尺寸不相同；任意两个所述缺陷体之间、所述第一波导和与所述第一波导相邻的所述缺陷体之间、所述第二波导和与所述第二波导相邻的所述缺陷体之间设置有所述一维光子晶体结构。2.根据权利要求1所述的传感单元，其特征在于，所述缺陷体有两个，第一缺陷体靠近所述第一波导，第二缺陷体靠近所述第二波导，所述第一缺陷体与所述第一波导之间的第一距离等于所述第二缺陷体与所述第二波导之间的第二距离。3.根据权利要求2所述的传感单元，其特征在于，所述第一缺陷体与所述第一波导之间的所述第一介质层的数量为5，所述第一缺陷体与所述第二缺陷体之间的所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯帅，赵绚，吴超，陈笑，杨玉平，王义全，
申请(专利权)人：中央民族大学，
类型：发明
国别省市：北京,11