[发明专利]基于光纤及超材料的电磁波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测电磁波的传感器，尤其涉及一种基于光纤及超材料的电磁波传感器。

背景技术

电磁波(又称电磁辐射)是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。按照频率分类，从低频率到高频率，电磁波包括有无线电波、微波、太赫兹波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。

电磁波传感器是获取电磁波辐射信息的器件，现有的电磁波传感器通常由四个基本部分组成：收集器：负责收集目标辐射的电磁波能量，如天线，透镜组等；探测器：主要用于将收集到的地磁波辐射能转变为化学能或电能，如光电管、光敏元件或热敏元件等；处理器：对转换后的信号进行各种处理，如信号放大、变化或编码等；输出器：输出信息的装置，如扫描摄像仪，阴极射线管等。然而，上述现有的电磁波传感器检测灵敏度低、体积大、结构复杂、不利于制作集成及容易受电磁干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的不足，提出一种基于光纤及超材料的电磁波传感器，其检测灵敏度高、体积小、结构简单、利于制作集成及不受电磁干扰。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提出一种基于光纤及超材料的电磁波传感器，其包括吸波超材料、第一耦合器、第一光纤臂、第二光纤臂及第二耦合器；该吸波超材料吸收电磁波而改变自身的温度并将变化后的温度传导至第一光纤臂；该第一耦合器用以将光束分离为第一光束和第二光束；该第一光纤臂用于传导第一光束，第二光纤臂用于传导第二光束；当该吸波超材料温度发生变化使该第一光纤臂温度发生变化时，第一光束响应第一光纤臂的温度变化而变化相位；相位发生变化的该第一光束和该第二光束经所述第二耦合器产生干涉。

进一步地，该吸波超材料包括具有两相对侧表面的基材，该两相对侧表面至少一侧表面上附着有多个人造微结构。

进一步地，该基材两相对侧表面的一侧表面上附着有第一人造微结构，另一侧表面上附着有与该第一人造微结构一一对应的第二人造微结构；该第一人造微结构包括相互垂直而连接成“十”字形的两个第一金属分支，分别连接在该第一金属分支两端且垂直于该第一金属分支的第二金属分支；该第二人造微结构由一边具有缺口的四边形状的第三金属分支构成。

进一步地，该人造微结构包括第一金属分支，该第一金属分支构成一边具有缺口的四边形状；一端设于该缺口相对的四边形边上并向该缺口延伸且突出该缺口的第二金属分支；垂直于该第二金属分支另一端的第三金属分支。

进一步地，该基材为片状基材，该吸波超材料由附着有多个该人造微结构的该片状基材叠加而成。

进一步地，该基材由高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。

进一步地，多个该人造微结构为周期排列，并通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、离子刻附着于该基材两相对侧表面至少一侧表面上。

进一步地，该第一耦合器和第二耦合器为硅基二氧化硅平面光波导结构。

进一步地，该第一光纤臂为中心阶跃折射率光纤臂或径向梯度折射率光纤臂。

进一步地，该第二光纤臂为中心阶跃折射率光纤臂或径向梯度折射率光纤臂。

综上所述，本发明通过将吸波超材料与光纤结合起来，因而能及时地感测吸波超材料将电磁波能量转化为热能所产生的温度变化，第二耦合器可精确地输出电磁波的功率变化信息，其具有检测灵敏度高、体积小、结构简单、利于制作集成及不受电磁干扰的优点。

附图说明

图1为本发明一种基于光纤及超材料的电磁波传感器原理框图；

图2为本发明一种基于光纤及超材料的电磁波传感器吸波超材料第一实施方式立体结构示意图；

图3、图4分别为图2所示吸波超材料的第一人造微结构和第二人造微结构的拓扑结构示意图；

图5为本发明一种基于光纤及超材料的电磁波传感器吸波超材料第二实施方式立体结构示意图；

图6为图5所示吸波超材料人造微结构拓扑结构示意图；

图7为图6所示人造微结构分别响应电场和磁场的分解原理图；

图8为本发明一种基于光纤及超材料的电磁波传感器与激光器、探测器及数据处理器配合时的结构示意图。

具体实施方式