[发明专利]一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器，其特征在于：所述磁场传感器包括硅衬底(1)、二氧化硅层(2)、直波导(3)、环形波导(4)以及磁光薄膜(5)，所述二氧化硅层(2)设置于硅衬底(1)上，所述直波导(3)与环形波导(4)均设置于二氧化硅层(2)表面上，所述环形波导(4)内侧及上方分别设置有圆环形的磁光薄膜(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器，其特征在于：所述直波导(3)与环形波导(4)为硅波导。

3.根据权利要求1所述的一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器，其特征在于：所述直波导(3)的两端用于光的输入和输出，其高度满足150nm～280nm，宽度满足450nm～600nm，用于支持单模光传输。

4.根据权利要求1所述的一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器，其特征在于：所述环形波导(4)的高度满足150nm～280nm，宽度满足450nm～600nm，半径满足5um～100um，与直波导(3)之间的耦合间距为100nm～300nm。

5.根据权利要求1所述的一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器，其特征在于：所述磁光薄膜(5)为钇铁石榴石磁光薄膜、掺铈石榴石磁光薄膜或掺铋石榴石磁光薄膜。

6.如权利要求1至5任一所述的磁场传感器的制备方法，其特征在于：采用绝缘体上硅(SOI)材料制作，上下包层材料为硅，中间层为二氧化硅层，通过基片清洗、匀胶、电子束光刻、IPC深硅刻蚀和去胶处理，在上包层中得到直波导和环形波导，采用脉冲激光沉积技术，在环形波导内侧及上方分别设置一层磁光薄膜。

7.一种基于硅基微环谐振器的磁场传感器的磁场强度测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：在硅衬底上设置二氧化硅层，在二氧化硅层上设置直波导与环形波导，所述环形波导(4)内侧及上方分别设置有圆环形的磁光薄膜(5)，直波导(3)的两端用于输入和输出光；

步骤2：输入光为横电TE或者横磁TM偏振态基模，当输入光的偏振态为TE，且外磁场方向垂直波导平面的方向时，磁光薄膜(5)的介电常数发生改变，使得所述磁场传感器的输出谐振峰发生漂移；当输入光的偏振态为TM，且外磁场平行于波导平面的方向且为径向时，磁光薄膜的介电常数发生改变，使得所述磁场传感器的输出谐振峰发生漂移；

步骤3：利用外加磁场与波长漂移之间的理论关系，得到传感处磁场强度H的大小：

上式中，△λ为输出谐振峰漂移量，R为微环半径，m为谐振级数，a为磁光相移与介电张量的虚部的比例系数，λ为输入波长，N为饱和法拉第旋转角与饱和磁场数值的比值，n_c为磁光材料的有效折射率，k₀是波数，H为待测磁场强度。

8.一根据权利要求6所述的一种磁场传感器的制备方法，其特征在于：所述直波导的两端用于光的输入和输出，其高度满足150nm～280nm，宽度满足450nm～600nm，用于支持单模光传输。

9.根据权利要求6所述的一种磁场传感器的制备方法，其特征在于：所述环形波导的高度满足150nm～280nm，宽度满足450nm～600nm，半径满足5um～100um，与直波导之间的耦合间距为100nm～300nm。

10.根据权利要求6所述的一种磁场传感器的制备方法，其特征在于：所述磁光薄膜为钇铁石榴石磁光薄膜、掺铈石榴石磁光薄膜或掺铋石榴石磁光薄膜。