一种基于古斯-汉森位移的高灵敏度光波长传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于古斯

【技术实现步骤摘要】
一种基于古斯
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汉森位移的高灵敏度光波长传感器


[0001]本专利技术属于光学
，涉及一种基于古斯
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汉森位移的高灵敏度光波长传感器。

技术介绍

[0002]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
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汉森位移，该现象叫古斯
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汉森现象，最早由古斯(Goos)和汉森在实验上观测到。古斯
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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。
[0003]古斯
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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
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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
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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
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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
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汉森位移的高灵敏度波长和角度传感器，首先得提高古斯
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汉森位移的量级。
[0004]人们采取多种方法来增强古斯
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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
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perfect
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absorption
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laser point：CPA
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LP)附近，会出现古斯
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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
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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
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汉森位移的光子器件。
[0005]古斯
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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
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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
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汉森位移，从而实现高灵敏度波长或角度传感器。

技术实现思路

[0006]本专利技术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
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汉森位移的高灵敏度光波长传感器，本专利技术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。
[0007]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于古斯
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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。
[0008]进一步的，所述第一电介质层为氟化镁。
[0009]进一步的，所述缺陷层为氟化镁。
[0010]进一步的，所述第二电介质层为硫化锌。
[0011]进一步的，所述第三电介质层为硅。
[0012]进一步的，所述第二电介质层为二氧化硅。
[0013]光子晶体中的能带存在带隙。当光照射到光子晶体上时，如果光的频率位于带隙内的，则将没有光透过光子晶体，光束将会发生全反射。但是，如果在光子晶体中加入缺陷层，则能带的带隙中存在一个缺陷模。当入射光的频率等于缺陷模的频率，光束将无反射地全部通过光子晶体，此时的反射率为零，因此也将缺陷模叫作透射模。缺陷模的能量主要分布在缺陷层中，缺陷层的中心点处的能量分布最强。从缺陷层中心向光子晶体两边延伸，缺陷模的能量分布呈指数衰减。
[0014]反射光束的古斯
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汉森位于正比于反射系数的相位对波矢的导数，由于缺陷模的反射率为零，缺陷模的反射系数的相位存在不确定性，因此，缺陷模的反射光束可能存在较大的古斯
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汉森位移。但是，对于无增益和损耗的光子晶体，缺陷模的反射率为零，即便此时存在较大的古斯
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汉森位移，但实际上也是无意义的。
[0015]我们将两种不同的光子晶体与缺陷层复合，可以得到拓扑边界态(也是一种缺陷模)。再将石墨烯嵌入到光子晶体的缺陷层中，利用石墨烯的弱损耗，减弱光子晶体对边界态的透射率，从而提高光的反射率。同时，石墨烯的弱损耗也会引起反射系数相位的急剧变化。根据反射光束的古斯
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汉森位移正比于反射系数相位变化率，从而得到较大的反射光束的古斯
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汉森位移。古斯
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汉森位移是入射角、波长和折射率的函数，因此，当这种依赖关系比较密切时，可将这种效应应用于高灵敏度传感器。同时还可以实现边界态大的反射率和大的古斯
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汉森位移。
附图说明
[0016]图1是古斯
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汉森位移示意图。
[0017]图2是用作高灵敏度光波长传感器的光子晶体的结构示意图。
[0018]图3(a)是不含石墨烯的缺陷光子晶体中边界态附近的反射率；图3(b)是未镶嵌石墨烯的缺陷光子晶体中边界态的反射系数相位。
[0019]图4(a)是镶嵌石墨烯的缺陷光子晶体中光子晶体的反射率；图4(b)是镶嵌石墨烯的缺陷光子晶体中光子晶体的反射系数相位。
[0020]图5是用作高灵敏度光波长传感器的光子晶体的光子晶体中反射光束的古斯
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汉森位移。
[0021]图6是基于古斯
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汉森位移的光波长传感器的灵敏度系数。
[0022]图中，A、第一电介质层；B、第二电介质层；C、第三电介质层；D、第四电介质层；E、缺
陷层；G、石墨烯单层。
具体实施方式
[0023]以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0024]如图2所示，用于光波长传感器的光子晶体由石墨烯单层G、两个缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于古斯
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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(G)，所述石墨烯单层(G)的入射侧设置有第一周期性晶体，所述石墨烯单层(G)的出射侧设置有第二周期性晶体，所述石墨烯单层(G)与第一周期性晶体之间、石墨烯单层(G)与第二周期性晶体之间分别嵌入有一缺陷层(E)；所述第一周期性晶体包括交替分布的若干第一电介质层(A)和若干第二电介质层(B)，所述第二周期性晶体包括交替分布的若干第三电介质层(C)和若干第四电介质层(D)；整个结构为(AB)
N
EGE(CD)
N
，N为布拉格周期数。2.根据权利要求1所述一种基于古斯
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳梅，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：