基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器制造技术

本发明专利技术提供一种基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，包括底座、悬浮侧亚波长光栅微环波导、圆形硅盘波导、条形微环波导和总线波导，圆形硅盘波导设底座上，条形微环波导设圆形硅盘波导的外周侧，悬浮侧亚波长光栅微环波导设条形微环波导的外侧，以使二者均呈环形，总线波导呈直线型设悬浮侧亚波长光栅微环一侧，总线波导与悬浮侧亚波长光栅微环耦合。通过调整输入波导的光栅周期以支持横向电偏振光，在直波导中产生法布里

【技术实现步骤摘要】
基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器


[0001]本专利技术涉及微纳米光学传感器的
，尤其涉及一种基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器。

技术介绍

[0002]近年来，许多硅基集成器被用于设计折射率传感器，如微盘谐振器、微环谐振器、光子晶体等。特别是基于SOI平台的微环谐振器，由于其插入损耗低、稳定性高、设计简单和易于制造而被广泛关注。然而，条形波导微环具有很强的限光能力，折射率传感器的灵敏度很难得到进一步提高。为了解决这一难题，研究人员针对微环波导提出了多种优化方案。例如：超薄波导微环、光子晶体波导微环、亚波长光栅波导微环。
[0003]超薄波导微环利用降低波导厚度的方法，在光源TM偏振方向下，波导将获得更深的倏逝场穿透，可将该传感器的灵敏度提升到150nm/RIU。然而，在光源TE偏振方向时，该方法对该传感器的灵敏度的提升是失效的。光子晶体微环可同时实现空气模与介质模的折射率传感测量，但是光子晶体微环对灵敏度的提升也十分有限，仅能实现200nm/RIU灵敏度。亚波长光栅微环是基于亚波长光栅波导设计的新型微环谐振器，其波导由两种折射率不同的物质周期性排列构成。由于波导周期性的结构设计，光与分析物能有更多的接触，亚波长光栅微环折射率传感器灵敏度已能够达到400nm/RIU，并成为进一步提升微环折射率传感器更有利的选择。
[0004]在实际应用时通常会涉及多种对象的同时测量，虽然优化微环的波导设计可以使得微环折射率传感器的灵敏度获得数倍的提升，然而在实际应用时仍不能满足需求，不能实现多种混合物的同时测量。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，旨在解决现有微环折射率传感器不能实现多种混合物同时测量的问题。
[0006]本专利技术的实施例提供一种基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，包括底座、悬浮侧亚波长光栅微环波导、圆形硅盘波导、条形微环波导和总线波导，其中，所述圆形硅盘波导设于所述底座上，所述条形微环波导设于所述圆形硅盘波导的外周侧，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导设于所述条形微环波导的外侧，以使得所述条形微环波导和所述悬浮侧亚波长光栅微环波导均呈环形，所述总线波导呈直线型设于所述悬浮侧亚波长光栅微环的一侧，所述总线波导与所述悬浮侧亚波长光栅微环耦合。
[0007]进一步地，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导、所述圆形硅盘波导、所述条形微环波导和所述总线波导的材质均为SOI。
[0008]进一步地，所述圆形硅盘波导的半径为10μm，厚度为190nm。
[0009]进一步地，所述总线波导为亚波长光栅波导，所述总线波导的波导宽度为400nm，所述总线波导的光栅周期为250nm。
[0010]进一步地，所述条形微环波导的波导宽度至少为200nm。
[0011]进一步地，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导的波导宽度为500nm。
[0012]进一步地，所述总线波导与所述悬浮侧亚波长光栅微环波导的耦合间距为440nm。
[0013]进一步地，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导的占空比与所述总线波导的占空比相同。
[0014]进一步地，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导与所述总线波导的占空比均为0.5。
[0015]本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术的基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器中光信号从总线波导的一侧输入，满足谐振条件的光信号耦合进入悬浮侧亚波长光栅微环波导，光信号与分析物在悬浮侧亚波长光栅微环波导中发生相互作用，经总线波导另一侧输出，并最终在输出端可得到一个尖锐的谐振峰，当分析物具有不同的浓度时，谐振锋的中心波长将发生偏移。更重要的是，本实施例可以通过调整输入波导的光栅周期以支持横向电偏振光，在直波导中产生法布里
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珀罗效应，利用直波导和悬浮侧亚波长光栅微环波导之间的倏逝场耦合产生Fano谐振，实现了实部270nm/RIU和虚部7175/RIU的折射率传感灵敏度，通过虚折射率的引入增加了额外的测量维度并扩展了检测范围，可以实现多种混合物的同时测量。。
附图说明
[0016]图1是本专利技术提供的基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器一实施例的平面结构示意图；
[0017]图2是图1中的A部分放大示意图；
[0018]图3是图1中的悬浮侧亚波长光栅微环波导的结构示意图；
[0019]图4是图3中的正视示意图；
[0020]图5是悬浮侧亚波长光栅微环波导有效折射率随占空比变化曲线；
[0021]图6是传感器传感灵敏度随条形微环波导的波导宽度变化曲线；
[0022]图7是传感器传感灵敏度随悬浮侧亚波长光栅微环波导的波导宽度变化曲线；
[0023]图8是去离子水包层下器件透射光谱变化情况；
[0024]图9是不同葡萄糖溶液浓度下选定的共振波长透射光谱变化情况；
[0025]图10是共振波长与折射率关系的变化曲线；
[0026]图11是传感器的Fano共振透射谱；
[0027]图12是折射率虚部为0时传感器不同折射率实部传感透射光谱变化情况；
[0028]图13是折射率固定在1.333时传感器不同折射率虚部传感透射光谱变化情况；
[0029]图14是Fano共振的陡度(F值)随折射率虚部变化的曲线。
[0030]图中：100基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器、1悬浮侧亚波长光栅微环波导、2圆形硅盘波导、3条形微环波导、4总线波导、5底座。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。
[0032]请参考图1
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图4所示，本专利技术的实施例提供的一种基于悬浮侧亚波长光栅波导微
环的折射率传感器100，包括底座5、悬浮侧亚波长光栅微环波导1、圆形硅盘波导2、条形微环波导3和总线波导4，其中，所述圆形硅盘波导设于所述底座5上，所述条形微环波导3设于所述圆形硅盘波导2的外周侧，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导1设于所述条形微环波导3的外侧，以使得所述条形微环波导3和所述悬浮侧亚波长光栅微环波导1均呈环形，所述总线波导4呈直线型设于所述悬浮侧亚波长光栅微环的一侧，所述总线波导4与所述悬浮侧亚波长光栅微环耦合。
[0033]本实施例中光信号从总线波导4的一侧输入，满足谐振条件的光信号耦合进入悬浮侧亚波长光栅微环波导1，光信号与分析物在悬浮侧亚波长光栅微环波导1中发生相互作用，经总线波导4另一侧输出，并最终在输出端可得到一个尖锐的谐振峰，当分析物具有不同的浓度时，谐振锋的中心波长将发生偏移。更重要的是，本实施例可以通过调整输入波导的光栅周期以支持横向电偏振光，在直波导中产生法布里
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珀罗效应，利用直波导和悬浮侧亚波长光栅微环波导1之间的倏逝场耦合产生Fano谐振，实现了实部270nm/RIU和虚部7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，其特征在于，包括底座、悬浮侧亚波长光栅微环波导、圆形硅盘波导、条形微环波导和总线波导，其中，所述圆形硅盘波导设于所述底座上，所述条形微环波导设于所述圆形硅盘波导的外周侧，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导设于所述条形微环波导的外侧，以使得所述条形微环波导和所述悬浮侧亚波长光栅微环波导均呈环形，所述总线波导呈直线型设于所述悬浮侧亚波长光栅微环的一侧，所述总线波导与所述悬浮侧亚波长光栅微环耦合。2.如权利要求1所述的基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，其特征在于，所述悬浮侧亚波长光栅微环波导、所述圆形硅盘波导、所述条形微环波导和所述总线波导的材质均为SOI。3.如权利要求1所述的基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，其特征在于，所述圆形硅盘波导的半径为10μm，厚度为190nm。4.如权利要求1所述的基于悬浮侧亚波长光栅波导微环的折射率传感器，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘力，吴涛，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：