[发明专利]一种基于四方晶格介质柱型光子晶体的温度传感器阵列结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用四方晶格介质柱型光子晶体W1.15波导与9个单孔微腔耦合构成温度传感器阵列的实现方法，属于光子晶体传感器技术领域。

背景技术

光子晶体自上个世纪80年代提出以后，由于其具有很好的光子禁带和光子局域特性，使得它在调制、滤波、传感方面有广泛的应用。而光子晶体传感器以其高灵敏度、尺寸小、低功耗等特点，在传感器领域显示出巨大的优势和潜力。目前，光子晶体传感器的研究主要集中在生化传感器(文献1，W.Lai,S.Chakravarty,Y.Zou,Y.Guo,and R.T.Chen,“Slow light enhanced sensitivity of resonance modesin photonic crystal biosensors,”Applied Physics Letters 102(4),041111,(2013))，压力传感器(文献2，D.Yang,H.Tian,N.Wu,Y.Yang,and Y.Ji,“Nanoscale torsion-free photonic crystal pressure sensor with ultra-high sensitivity based on side-coupled piston-type microcavity,”Sensors and Actuators A 199,30-36(2013))，折射率传感器(文献3，D.F.Dofner,T.Hurlimann,T.Zabel,L.H.Frandsen,G.Abstreiter,and J.J.Finley,“Silicon photonic crystal nanostructures for refractive index sensing,”Applied Physics Letters 93,181103(2008))，位移传感器(文献4，D.Yang,H.Tian,Y.Ji,“Micro displacement sensor based on high-Q nanocavity in slot photonic crystal,”Optical Engineering 50(5),054402,(2011))，温度传感器(文献5，H.Lu,M.P.Bernal,“Integrated temperature sensor based on an enhanced pyroelectric photonic crystal,”Optics Express 21(14),(2013))等等。随着传感技术的发展和实际的应用需要，光子晶体传感器阵列越来越受到关注，成为研究的热点。例如(文献6，S.Mandal and D.Erickson,“Nanoscale optofluidic sensor arrays,”Optics Express 16(3),1623–1631,(2008))，设计了由许多块单排孔光子晶体组合构成的生物分子传感器阵列，但是该传感器阵列不是在同一块光子晶体平板模块上实现的，从而影响集成度。通过改进，(文献7，D.Yang,H.Tian,and Y.Ji,“Nanoscale photonic crystal sensor arrays on monolithic substrates using side-coupled resonant cavity arrays,”Optics Express 19(21),20023–20034,(2011))，利用边腔耦合设计了光子晶体折射率传感器阵列，大大提升了集成度，然而该传感器阵列结构基于三角晶格空气孔型光子晶体，带隙较窄，传感器灵敏度也较小。

本发明首次将四方晶格介质柱型光子晶体结构与单孔微腔结合构成温度传感器阵列。设计9个不同半径和偏移构成的单孔微腔结构与W1.15波导进行耦合形成传感器阵列，增加了阵列传感器传感数目。当各个传感区域温度分别产生变化时，可以实现多个传感区域的实时同步温度传感。

发明内容