【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外传感器件，更具体地，涉及一种非对称响应纳米梁腔级联结构的红外辐射传感器。
技术介绍
1、红外传感器利用光信号与其他物质相互作用产生的各种物理效应实现红外光信号传感，已被广泛应用于军事和民用领域，例如侦察、制导、通信、测温和生物化学检测等。近年来，因为光子晶体具有品质因子高、模式体积小、可在极小结构内实现光束缚和光方向改变的优点，被广泛应用到红外传感器的结构中，使传感器的灵敏度和紧凑性得到了进一步发展。
2、“large-dynamic-range dual-parameter sensor using broad fsr multimodephotonic crystal nanobeam cavity”(ieee photonics journal,2018,10(5):6900914)公开了一种具有超大自由光谱范围的光子晶体纳米梁腔，该纳米梁腔由周期排列的复合晶格单元，每个复合晶格单元包含一个较小的气孔和两侧两个较大的气孔构成。数值仿真后得到，该结构的q值为5.2×105，折射率灵敏度为413nm/riu，自由光谱范围大于100nm，超大的自由光谱范围让该结构适用于集成片上传感和多功能检测，但由于所提出的结构相对复杂，器件将不可避免地受到实际制造的影响，例如由于制造误差，q性能将可预见地下降，此外，抵抗传感过程中各种干扰(如来自环境中非被测变量的干扰、模式之间可能的干扰、系统误差和读取误差等)的能力也有待提高。
3、“simultaneous sensing of refractiv
4、因此，现有传感器检测同一波长处光强变化，当红外辐射信号微弱时光强变化极小，传感器的零位分辨能力弱，检测精度低的问题。
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种非对称响应纳米梁腔级联结构的红外辐射传感器，旨在解决现有传感器检测同一波长处光强变化，当红外辐射信号微弱时光强变化极小，传感器的零位分辨能力弱，检测精度低的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种非对称响应纳米梁腔级联结构的红外辐射传感器，包括：自下而上设置的衬底层、吸收层和器件层；
3、所述衬底层采用单晶硅；
4、所述吸收层采用sio2，包括sio2镂空区域和sio2保留区域；
5、所述器件层采用单晶硅，包括第一耦合波导、第一纳米梁微腔、第一下载波导、连接波导、第二下载波导、第二纳米梁微腔和第二耦合波导；所述第一耦合波导和第一下载波导分别设置在所述第一纳米梁微腔的两侧，与所述第一纳米梁微腔的最短距离分别为第一耦合间距和第二耦合间距；所述第二耦合波导和第二下载波导分别设置在所述第二纳米梁微腔的两侧，与所述第二纳米梁微腔的最短距离分别为第二耦合间距和第一耦合间距；所述第一耦合波导和第二耦合波导通过弯曲的所述连接波导连接；
6、所述第二纳米梁微腔位于所述sio2镂空区域，所述第一纳米梁微腔位于所述sio2保留区域；所述sio2保留区域用于吸收红外光辐射，改变所述第一纳米梁微腔的折射率。
7、可选的，所述第一耦合波导的一端连接输入源，所述第二下载波导的一端连接接收装置；
8、所述第一耦合波导输入光信号，光信号耦合到所述第一纳米梁微腔后再耦合到所述第一下载波导中，光信号沿着所述第一下载波导、连接波导传输至第二下载波导中，一部分光信号耦合进入所述第二纳米梁微腔后再耦合到所述第二耦合波导，剩余光信号从所述第二下载波导输出到所述接收装置中；
9、所述第一纳米梁微腔和第二纳米梁微腔的初始谐振波长相同，所述sio2保留区域吸收光信号中的红外光，产生的热光效应改变所述第一纳米梁微腔的折射率，以使所述第一纳米梁微腔的谐振波长发生偏移，从而改变耦合进入所述第二纳米梁微腔的光信号。
10、可选的，所述第一耦合波导和第一下载波导与所述第一纳米梁微腔相对应的区域为第一反应区域，所述第一反应区域包括两侧的第一弯曲波导部分和中间段的第一直波导部分，所述第一直波导部分平行于所述第一纳米梁微腔；
11、所述第二耦合波导和第二下载波导与所述第二纳米梁微腔相对应的区域为第二反应区域，所述第二反应区域包括两侧的第二弯曲波导部分和中间段的第二直波导部分，所述第二直波导部分平行于所述第二纳米梁微腔；
12、所述第一耦合波导上的第一直波导部分与所述第一纳米梁微腔的距离为所述第一耦合间距，所述第一下载波导上的第一直波导部分与所述第一纳米梁微腔的距离为所述第二耦合间距。
13、可选的，所述第一纳米梁微腔包括两侧的第一反射区和中间的第一锥形区，所述第二纳米梁微腔包括两侧的第二反射区和中间的第二锥形区；
14、所述第一锥形区和第二锥形区均包括10个耦合空气孔；所述耦合空气孔半径从中心向两侧线性变大，所述耦合空气孔与靠近中心方向的相邻耦合空气孔的间距从中心向两侧线性变大；所述耦合空气孔半径为对应间距的0.28倍。
15、可选的，所述第一反射区和第二反射区均包括y个等间距的反射空气孔，y大于等于8的正整数；所述反射空气孔的半径为125nm，间距为430nm。
16、可选的，所述衬底层的厚度为725μm；所述吸收层的厚度为2μm；所述器件层的厚度为220nm。
17、可选的，所述连接波导为半圆环，半径为3μm。
18、可选的，所述第一耦合间距为140nm，所述第二耦合间距为80nm。
19、可选的，所述第二纳米梁微腔的正下方区域为吸收层的sio2镂空区域，其余区域均为sio2保留区域。
20、通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下
21、有益效果：
22、1、本专利技术提出的一种非对称响应纳米梁腔级联结构的红外辐射传感器，通过设置第一下载波导、第二下载波导和连接波导将第一纳米梁微腔和第二纳米梁微腔级联，构建的高q值结构，其谐振波长对折射率的变化十分明显；第一纳米梁微腔的正下方区域为sio2保留本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非对称响应纳米梁腔级联结构的红外辐射传感器，其特征在于，包括：自下而上设置的衬底层、吸收层和器件层；
2.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一耦合波导的一端连接输入源，所述第二下载波导的一端连接接收装置；
3.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一耦合波导和第一下载波导与所述第一纳米梁微腔相对应的区域为第一反应区域，所述第一反应区域包括两侧的第一弯曲波导部分和中间段的第一直波导部分，所述第一直波导部分平行于所述第一纳米梁微腔；
4.如权利要求3所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一纳米梁微腔包括两侧的第一反射区和中间的第一锥形区，所述第二纳米梁微腔包括两侧的第二反射区和中间的第二锥形区；
5.如权利要求4所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一反射区和第二反射区均包括Y个等间距的反射空气孔，Y大于等于8的正整数；所述反射空气孔的半径为125nm，间距为430nm。
6.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述衬底层的厚度为725μm；所述吸收层的厚度为2μm；所述
7.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述连接波导为半圆环，半径为3μm。
8.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一耦合间距为140nm，所述第二耦合间距为80nm。
9.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第二纳米梁微腔的正下方区域为吸收层的SiO2镂空区域，其余区域均为SiO2保留区域。
...【技术特征摘要】
1.一种非对称响应纳米梁腔级联结构的红外辐射传感器，其特征在于，包括：自下而上设置的衬底层、吸收层和器件层；
2.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一耦合波导的一端连接输入源，所述第二下载波导的一端连接接收装置；
3.如权利要求1所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一耦合波导和第一下载波导与所述第一纳米梁微腔相对应的区域为第一反应区域，所述第一反应区域包括两侧的第一弯曲波导部分和中间段的第一直波导部分，所述第一直波导部分平行于所述第一纳米梁微腔；
4.如权利要求3所述的红外辐射传感器，其特征在于，所述第一纳米梁微腔包括两侧的第一反射区和中间的第一锥形区，所述第二纳米梁微腔包括两侧的第二反射区和中间的第二锥形区；
5.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈长虹，李章龙，崔紫惠，夏辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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