[发明专利]考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器

说明书

本发明公开一种考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器，引入了结构型点缺陷和线缺陷，结构中包括光子晶体波导和光子晶体谐振腔。传感器结构以空气为背景材料，砷化镓材料作为介质柱，包含三分支波导，一个输入波导和一个输出波导。端口通过监控器检测电磁波透射情况，根据检测到的谐振波长变化与压力的线性关系检测所施加的压力值。本发明具有很高灵敏度和高品质因子、去除了温度响应测得压力值较真实等优良特性，且二维光子晶体与现代集成制备工艺亦兼容易于制造。高灵敏度和高响应速度使其在工程应变探测等领域有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于光子晶体器件和温度及压力传感器技术领域，具体涉及一种考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器。

背景技术

至今，光子晶体一直是人们研究的热点。光子晶体是由不同折射率的介质按照周期性规律排列而成的新型人工微结构。其光子禁带(光子带隙)特性可使得一定频段的光波不能在其中进行传播，即可选择性地使某些频段的电磁波通过。光子局域是其另一个重要特性，通过引入点缺陷或线缺陷实现对光子的引导与控制，由此可以获得各种不同功能的光器件，如光子晶体激光器、滤波器、光开关、波分复用器件等。

随着光子晶体器件集成度的增加，制造工艺的进一步发展，技术不断发展，人们可研究出各种传感器件应用于不同的场合，实现不同的功能。但是，对于灵敏度等性能参数和结构设计要求也是越来越高，希望设计出更精良的光器件，并且器件对于测试环境比较敏感。

由于光子晶体独特的特性，光子晶体压力传感器的设计层出不穷，Shanthi等人设计了一种基于二维光子晶体的压力传感器，其灵敏度可以达到2nm/GPa，动态范围可以达到7GPa。S.Olyaee等人利用光子晶体纳米谐振腔和波导结构设计了较高灵敏度的光子晶体压力传感器，其衬底为Si，可以较好地兼容目前的集成电路生产工艺，且灵敏度达到了8nm/GPa。南京邮电大学陶尚彬基于GaAs衬底设计出了具有较高品质因子和灵敏度的孔型三角格子压力传感器，灵敏度达到了13.9nm/GPa，该传感器性能更好，结构更优，易于制造。但器件工作环境非固定，如环境温度变化较大时，热膨胀效应和热光效应会改变介质的折射率，导致谐振波长变化较大，对传感器的性能会有干扰。因此，本文考虑温度对压力测量的影响，做出对应的设计，分析得出温度对压力传感器产生干扰，需要通过数学拟合法消除温度响应。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器，解决了器件灵敏度低、精确度低及温度响应的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

考虑温度影响的砷化镓光子晶体压力传感器，引入了结构型点缺陷和线缺陷，所述压力传感器包括由介质柱阵列排列构成的方形光子晶体，所述方形光子晶体包括光子晶体波导和光子晶体谐振腔，所述光子晶体波导为三分支波导，包括W1、W2和W3波导，所述光子晶体谐振腔包括腔2和腔3。

优选地，所述方形光子晶体由31*21简立方晶格介质柱阵列排列于空气中构成。

优选地，所述简立方晶格介质柱阵列的介质柱为圆柱。

优选地，所述简立方晶格介质柱阵列的介质柱半径r＝0.207a，a为光子晶体的晶格常数。

优选地，所述光子晶体波导的波导宽度为2a，长度为n*a，其中，n为不小于4的整数，a为光子晶体的晶格常数。

优选地，所述光子晶体波导的输入端口和两个输出端口分别位于方形光子晶体的三个外围端面上。

优选地，所述光子晶体波导中的W1和W2波导构成直角形，W3波导成礼帽形状。

优选地，所述光子晶体谐振腔是对称腔，腔2由一排两边对称介质柱包围着中间较大介质柱，腔3由礼帽右斜边波导的左右斜边上四个介质柱、位置为完美结构的晶格格点位置形成。