【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体涉及一维全介质拓扑光子晶体氢传感器及氢浓度检测方法。
技术介绍
1、光学氢气传感器以光学元件作为光信号的载体，利用氢敏材料的敏感特性实现氢气检测，具有本质安全、尺寸紧凑、可靠性高、稳定性好等优势。研发集成度高的光学氢气传感器已成为保障氢安全使用的重要前提，目前已开发出几种集成光学氢传感器利用直波导、微环谐振器、微盘谐振器、马赫-曾德尔干涉仪作为传感元件。普通光子晶体(phc)微腔通过构建缺陷实现特定波长的光信号在腔中的谐振，因其高光场限制作用可实现更小型化、集成化传感，但对器件的加工要求相对较高，实现较为困难。由于其在传感器中的潜在优势，研发具有高鲁棒性phc结构的片上光学氢传感器具有重要意义。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种与偏振无关的、可调谐的、高容差的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，包括由若干个光子晶体phc1和光子晶体phc2原胞交替叠加形成的周期性结构，光子晶体phc1为sio2-si-sio2构成的三明治结构，光子晶体phc2为si-sio2-si构成的三明治结构，光子晶体phc1中si层的厚度大于sio2层的厚度，光子晶体phc2中sio2层的厚度大于si层的厚度，光子晶体phc1中si层的厚度与光子晶体phc2中总的si层厚度一致，且光子晶体phc2中单si层的厚度
4、作为优化，所述pt/wo3层的厚度为50nm～150nm。
5、作为优化，所述光子晶体phc1中si层的厚度为44nm～84nm，所述光子晶体phc2中sio2层的厚度为60nm～100nm。
6、本专利技术还公开了一种使用上述一维全介质拓扑光子晶体氢传感器检测氢浓度的方法，确定环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长之间的函数关系，根据函数关系建立环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长的数据库，数据库中具有环境检测氢浓度值与对应的传感器检测透射光谱共振峰波长值；将一维全介质拓扑光子晶体氢传感器放入到待检测环境中，获取该待检测环境下得到的传感器透射光谱共振峰波长值，根据数据库中相应的传感器透射光谱共振峰波长值，得到对应的环境氢浓度值。
7、作为优化，环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长之间的函数关系通过以下方向进行确定：获取多个已知氢浓度值的样品，通过一维全介质拓扑光子晶体氢传感器获取对应的光谱图，根据光谱图中共振峰的波长值，从而确定环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长之间的函数关系。
8、相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术中一维拓扑光子晶体异质结构受到wo3在pt催化下与h2的放热反应的影响会使输出光谱发生偏移，通过探测透射峰位置的漂移可以检测氢气浓度。由于拓扑保护的特性，产生的共振峰能允许较大的层厚和折射率的偏差，透射峰可以通过改变结构参数和入射角来调控，实现与偏振无关的、可调谐的、高容差的片上光学氢气传感器。
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1.一种一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，其特征在于：包括由若干个光子晶体PhC1和光子晶体PhC2原胞交替叠加形成的周期性结构，光子晶体PhC1为SiO2-Si-SiO2构成的三明治结构，光子晶体PhC2为Si-SiO2-Si构成的三明治结构，光子晶体PhC1中Si层的厚度大于SiO2层的厚度，光子晶体PhC2中SiO2层的厚度大于Si层的厚度，光子晶体PhC1中Si层的厚度与光子晶体PhC2中总的Si层厚度一致，且光子晶体PhC2中单Si层的厚度为光子晶体PhC1中Si层的厚度的一半；光子晶体PhC2中SiO2层的厚度与光子晶体PhC1中总的SiO2层厚度一致，且光子晶体PhC1中单SiO2层的厚度为光子晶体PhC2中SiO2层的厚度的一半；位于最外层的光子晶体PhC2的外侧面涂覆有Pt/WO3层。
2.根据权利要求1所述的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，其特征在于：所述Pt/WO3层的厚度为50nm～150nm。
3.根据权利要求1所述的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，其特征在于：所述光子晶体PhC1中Si层的厚度为44nm～84nm，所述光子晶体Ph
4.一种使用权利要求1至3中任意一项所述的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器检测氢浓度的方法，其特征在于：确定环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长之间的函数关系，根据函数关系建立环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长的数据库，数据库中具有环境检测氢浓度值与对应的传感器检测透射光谱共振峰波长值；将一维全介质拓扑光子晶体氢传感器放入到待检测环境中，获取该待检测环境下得到的传感器透射光谱共振峰波长值，根据数据库中相应的传感器透射光谱共振峰波长值，得到对应的环境氢浓度值。
5.根据权利要求4所述的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器检测氢浓度的方法，其特征在于：环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长之间的函数关系通过以下方向进行确定：获取多个已知氢浓度值的样品，通过一维全介质拓扑光子晶体氢传感器获取对应的光谱图，根据光谱图中共振峰的波长值，从而确定环境氢浓度与传感器透射光谱共振峰波长之间的函数关系。
...【技术特征摘要】
1.一种一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，其特征在于：包括由若干个光子晶体phc1和光子晶体phc2原胞交替叠加形成的周期性结构，光子晶体phc1为sio2-si-sio2构成的三明治结构，光子晶体phc2为si-sio2-si构成的三明治结构，光子晶体phc1中si层的厚度大于sio2层的厚度，光子晶体phc2中sio2层的厚度大于si层的厚度，光子晶体phc1中si层的厚度与光子晶体phc2中总的si层厚度一致，且光子晶体phc2中单si层的厚度为光子晶体phc1中si层的厚度的一半；光子晶体phc2中sio2层的厚度与光子晶体phc1中总的sio2层厚度一致，且光子晶体phc1中单sio2层的厚度为光子晶体phc2中sio2层的厚度的一半；位于最外层的光子晶体phc2的外侧面涂覆有pt/wo3层。
2.根据权利要求1所述的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，其特征在于：所述pt/wo3层的厚度为50nm～150nm。
3.根据权利要求1所述的一维全介质拓扑光子晶体氢传感器，其特征在于：所述光...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯文林，王观静芸，杨晓占，刘相志，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
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