一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列，包括：N个并行排列的光子晶体纳米束微腔传感器；其中，每个光子晶体纳米束微腔传感器包括位于同一光纤上的作为带隙滤波器的第一光纤段和作为微腔的第二光纤段；所述第一光纤段具有第一数量个气孔光栅，所述第一数量个气孔光栅间隔相同且半径相同；所述第二光纤段具有第二数量个气孔光栅，所述第二数量个气孔光栅间隔相同且半径大小符合微腔谐振要求；所述第一光纤段和所述第二光纤段的各个气孔光栅是利用纳米级光束贯穿所在光纤形成的；所述第一光纤段和所述第二光纤段的直径为微米级或纳米级。应用本发明专利技术实施例能够实现无需借助额外设备，实现耦合的目的。

A Photonic Crystal Nanobeam Microcavity Sensor Array Based on Micro-nano Fiber

The embodiment of the present invention provides an array of photonic crystal nano-beam microcavity sensors based on micro-nano fibers, including: N photonic crystal nano-beam microcavity sensors arranged in parallel; each photonic crystal nano-beam microcavity sensor includes a first optical fiber segment as a bandgap filter and a second optical fiber segment as a microcavity located on the same optical fiber; the first optical fiber segment has a bandgap filter and a second optical fiber segment as a microcavity. The first number of stomatal gratings has the same spacing and radius; the second fiber segment has the second number of stomatal gratings, and the second number of stomatal gratings has the same spacing and radius, which meets the requirements of micro-cavity resonance; the first fiber segment and the second fiber segment have each stomatal grating penetrating through the fiber shape using nano-level light beam. The diameter of the first optical fiber segment and the second optical fiber segment is micron or nanometer. The embodiment of the present invention can realize the purpose of coupling without the aid of additional equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列
本专利技术涉及光子晶体领域，特别是涉及一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列。
技术介绍
自从上世纪八十年代末提出光子晶体概念以来，随着微纳加工制备技术的发展，光子晶体的相关技术得到了迅速发展和广泛应用。其中，光子晶体很重要的一个应用是用于实现光子晶体传感器。光子晶体传感器作为一种全新的传感器，能够利用光实现对目标的检测。为了在同一时间对多种目标进行检测，可以将多个光子晶体传感器组成光子晶体传感器阵列。在相关技术中，常用的一种光子晶体传感器阵列由设置于硅片基底上的多个光子晶体传感器构成。每个光子晶体传感器包括一个波导和一个光子晶体微腔器件。其中，波导和光子晶体微腔器件均为单模光纤，波导通过与光子晶体微腔器件上的多个微腔耦合，来实现光的传播。但该光子晶体传感器阵列必须借助额外的设备才能实现耦合。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列，以实现无需借助额外设备，实现耦合的目的。具体技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列，包括：N个并行排列的光子晶体纳米束微腔传感器；其中，每个光子晶体纳米束微腔传感器包括位于同一光纤上的作为带隙滤波器的第一光纤段和作为微腔的第二光纤段；所述第一光纤段具有第一数量个气孔光栅，所述第一数量个气孔光栅间隔相同且半径相同；所述第二光纤段具有第二数量个气孔光栅，所述第二数量个气孔光栅间隔相同且半径大小符合微腔谐振要求；所述第一光纤段和所述第二光纤段的各个气孔光栅是利用纳米级光束贯穿所在光纤形成的；所述第一光纤段和所述第二光纤段的直径为微米级或纳米级。可选的，所述第二光纤段的第二数量个气孔光栅，包括：第一子段的Nt个气孔光栅、第二子段的Nm个气孔光栅、第三子段的Nm个气孔光栅和第四子段的Nt个气孔光栅；其中，所述第一子段、所述第二子段、所述第三子段和所述第四子段依次相邻；所述第一子段的气孔光栅和所述第四子段的气孔光栅呈镜像分布，所述第二子段的气孔光栅和所述第三子段的气孔光栅呈镜像分布；所述第一子段的Nt个气孔光栅的半径相同；所述第二子段的Nm个气孔光栅的半径呈递增式，其中，所述第二子段的Nm个气孔光栅中，与所述第一子段距离最近的目标气孔光栅的半径最小，且所述目标气孔光栅的半径与所述第一子段的气孔光栅的半径相同。可选的，各个光子晶体纳米束微腔传感器的af不同，并且各个光子晶体纳米束微腔传感器的ag不同；其中，所述af为所述第一光纤段任意相邻的两个气孔光栅的中心距离，所述ag为所述第二光纤段任意相邻的两个气孔光栅的中心距离。可选的，所述光纤的折射率为1.0；所述N＝7；所述第一数量为40，所述Nt＝10，所述Nm＝20。本专利技术实施例所提供的方案中，每个光子晶体纳米束微腔传感器是基于光纤实现的，光纤上的气孔光栅与光纤可以直接实现耦合。因此，相比于相关技术，本专利技术实施例所提供的方案无需借助额外设备，就能实现耦合。当然，实施本专利技术的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本专利技术实施例所提供的一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列的结构示意图；图2为本专利技术实施例所提供的一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列中任一光子晶体纳米束微腔传感器的结构示意图；图3为本专利技术实施例所提供的基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列的应用示意图；图4为本专利技术实施例所提供的基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列的实物结构图；图5为本专利技术实施例所提供的7通道光子晶体纳米束微腔传感器阵列的透射谱示意图；图6为本专利技术实施例所提供的基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列的7通道谐振峰波长随折射率变化示意图。具体实施方式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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。为了实现无需借助额外设备，实现耦合的目的，本专利技术实施例提供了一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列。如图1所示，本专利技术实施例所提供的一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列，可以包括：N个并行排列的光子晶体纳米束微腔传感器，该N个光子晶体纳米束微腔传感器如图1所示的a1、a2，…，aN；其中，每个光子晶体纳米束微腔传感器包括位于同一光纤上的作为带隙滤波器的第一光纤段101和作为微腔的第二光纤段102；所述第一光纤段101具有第一数量个气孔光栅，所述第一数量个气孔光栅间隔相同且半径相同；所述第二光纤段102具有第二数量个气孔光栅，所述第二数量个气孔光栅间隔相同且半径大小符合微腔谐振要求；所述第一光纤段101和所述第二光纤段102的各个气孔光栅是利用纳米级光束贯穿所在光纤形成的；所述第一光纤段101和所述第二光纤段102的直径为微米级或纳米级。需要说明的是，如图1所示，本专利技术以矩形长条表示光纤，其上的各个圆形为气孔光栅。各个圆形的半径仅仅作为示意，并不限定各个气孔光栅的半径值。气孔光栅半径大小符合微腔谐振要求可以是：气孔光栅半径大小不完全相同，并遵循一定排布规律等等。其中，N为大于0的自然数，比如N可以为5或者7等等。另外，为了清楚标注标号，图1中仅仅以光子晶体纳米束微腔传感器a1为例，对各个部分给出了标号101和102。其中，所述第一光纤段101和所述第二光纤段102的各个气孔光栅是利用纳米级光束贯穿所在光纤形成的，因而各个气孔光栅的孔径是纳米级的。其中，所述纳米级光束可以为纳米级激光束等。可以理解的是，如此形成的所述第二光纤段的微腔为纳米束微腔，纳米束微腔是多种微腔形式中的一种。在实现相同数量级的质量因子和模式体积的情况下，相比于其他类型的微腔，纳米束微腔尺寸较小、功耗较低、结构简单且制备容易。并且，所述第一光纤段101和所述第二光纤段102的直径为微米级或纳米级，这样，可以减小光子晶体纳米束微腔传感器的体积，实现小型化。需要说明的是，所述第一光纤段101代表的带隙滤波器的作用是：滤除光子晶体纳米束微腔传感器的输入光中的高阶谐振模，仅容许输入光中的基模通过。而所述第二光纤段102代表的微腔的作用是：利用多个气孔光栅形成的微谐振腔，将光场能量长时间束缚在很小的体积内，增强光与物质的相互作用，实现输入光中的基模谐振传输。本专利技术实施例所述提供的基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列可以用于多目标检测，比如可以用于气体检测。在检测时，所述传感器阵列的左侧可以串联一个1×N等功率光分束器，右侧可以串联一个N×1光功率合成器，并在所述N×1光功率合成器之后外接一个光谱仪。当光从1×N等功率光分束器进入，依次经过所述1×N等功率光分束器、所述传感器阵列及所述N×1光功率合成器后，可以由所述光谱仪得到输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列，其特征在于，包括：N个并行排列的光子晶体纳米束微腔传感器；其中，每个光子晶体纳米束微腔传感器包括位于同一光纤上的作为带隙滤波器的第一光纤段和作为微腔的第二光纤段；所述第一光纤段具有第一数量个气孔光栅，所述第一数量个气孔光栅间隔相同且半径相同；所述第二光纤段具有第二数量个气孔光栅，所述第二数量个气孔光栅间隔相同且半径大小符合微腔谐振要求；所述第一光纤段和所述第二光纤段的各个气孔光栅是利用纳米级光束贯穿所在光纤形成的；所述第一光纤段和所述第二光纤段的直径为微米级或纳米级。

【技术特征摘要】
1.一种基于微纳光纤的光子晶体纳米束微腔传感器阵列，其特征在于，包括：N个并行排列的光子晶体纳米束微腔传感器；其中，每个光子晶体纳米束微腔传感器包括位于同一光纤上的作为带隙滤波器的第一光纤段和作为微腔的第二光纤段；所述第一光纤段具有第一数量个气孔光栅，所述第一数量个气孔光栅间隔相同且半径相同；所述第二光纤段具有第二数量个气孔光栅，所述第二数量个气孔光栅间隔相同且半径大小符合微腔谐振要求；所述第一光纤段和所述第二光纤段的各个气孔光栅是利用纳米级光束贯穿所在光纤形成的；所述第一光纤段和所述第二光纤段的直径为微米级或纳米级。2.根据权利要求1所述的传感器阵列，其特征在于，所述第二光纤段的第二数量个气孔光栅，包括：第一子段的Nt个气孔光栅、第二子段的Nm个气孔光栅、第三子段的Nm个气孔光栅和第四子段的Nt个气孔光栅；其中，所述第一子段、所述第二子段、所述第三子...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大全，李小刚，陈鑫，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11