[实用新型]光波导及其传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光波导领域，尤其涉及一种光波导及其传感器。

背景技术

表面等离激元(Surface plasmon polaritons)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁模。表面电荷振荡与光波电磁场之间的相互作用使得表面等离激元具有很多独特的性质。如图1所示，传统光波导的表面等离激元可沿金属层与电介质层的分界面传输，其传输方向沿金属层与电介质层的分界面1的方向，传输过程中损耗较高，传输距离很短。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提出一种光波导及其传感器，降低表面等离激元传输过程中的损耗，增大其传输距离，提高传感器的灵敏度。本实用新型是这样实现的：

一种光波导，所述光波导的横截面包括依次排列的金属层、低折射率电介质层、高折射率电介质层；

所述高折射率电介质层的厚度比所用光的波长大100倍以上。

进一步地，所述低折射率电介质层为气体或液体。

进一步地，所述低折射率电介质层为水。

进一步地，所述高折射率电介质层为磷化稼，所述金属层为银，所述低折射率电介质层为气体。

一种传感器，所述传感器以如上所述的任意一种光波导作为敏感部。

与现有技术相比，本实用新型提出的光波导通过区别于传统光波导的特殊 结构可改变表面等离激元的模场分布，从而在模场宽度基本不变的条件下，大幅提高表面等离激元的传输距离。将该光波导应用于折射率传感器及位移传感器，可极大地提高传感器的灵敏度，其理论灵敏度可趋于无穷大，具有很高应用价值。

附图说明

图1：传统光波导结构示意图；

图2：本实用新型实施例提供的光波导结构示意图；

图3a:本实用新型的一种光波导中的表面等离激元和传统光波导中表面等离激元的模场分布图；

图3b：本实用新型的另一种光波导中的表面等离激元和传统光波导中表面等离激元的模场分布图；

图4a:本实用新型的一种光波导中表面等离激元的损耗系数与低折射率电介质层的折射率关系曲线及基于该光波导的传感器的折射率灵敏度与低折射率电介质层的折射率的关系曲线；

图4b：本实用新型的另一种光波导中表面等离激元的损耗系数与低折射率电介质层的折射率关系曲线及基于该光波导的传感器的折射率灵敏度与低折射率电介质层的折射率的关系曲线；

图5a:本实用新型的一种光波导中表面等离激元的损耗系数与低折射率电介质层厚度之间的关系曲线及基于该光波导的传感器的位移灵敏度与低折射率电介质层的厚度的关系曲线；

图5b：本实用新型的另一种光波导中表面等离激元的损耗系数与低折射率电介质层厚度之间的关系曲线及基于该光波导的传感器的位移灵敏度与低折射率电介质层的厚度的关系曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图2所示，本实用新型提出了一种光波导，该光波导的横截面包括依次排列的金属层2、低折射率电介质层3、高折射率电介质层4。此处所谓的低折射率电介质层3与高折射率电介质层4是相对而言的，两个电介质层中，折射率较高的电介质层为高折射率电介质层4，折射率较低的电介质层为低折射率电介质层3。本实用新型所提出的这种光波导所产生的表面等离激元可称为变形表面等离激元(Modified surface plasmon polaritons)，即通过特殊结构(本实用新型所述结构)的光波导改变表面等离激元的模场分布，从而可在模场宽度(横磁场振幅降低为其峰值的时对应的宽度)基本不变的条件下，极

大提高表面等离激元的传输距离。表面等离激元可以在多种结构的光波导中存在，图2以平面结构的光波导为例进行介绍。该光波导中表面等离激元的损耗系数对处于中间层的低折射率电介质层3的折射率及厚度均非常敏感，因而可用于高灵敏度传感器，即传感器采用本实用新型的光波导作为敏感部。当低折射率电介质层3为气体时，可用于高灵敏度气体传感器，当低折射率电介质层3为液体时，如水，可用于生物医学传感器。

以下通过理论证明该种光波导为何能够获得比传统光波导更低的表面等离激元损耗及更高的表面等离激元传输距离，以及基于该光波导的传感器为何能够获得比基于传统光波导的传感器更高的灵敏度。