[发明专利]一种可实现折射率与压力的双传感应用的微盘型光学谐振腔结构

权利要求书

1.一种可实现折射率与压力的双传感应用的微盘型光学谐振腔结构，其特征在于，由柔性衬底层、单直波导和微盘型谐振腔组成，单直波导以及微盘型谐振腔均位于柔性衬底层上，微盘型谐振腔与单直波导之间存在间隙处；在单直波导的两端分别设置单直波导输入端和单直波导输出端，整个微盘型谐振腔为一个圆柱结构，半径2μm，高度为230nm；单直波导的截面为矩形，宽度为390nm，高度为230nm，微盘型谐振腔与单直波导的耦合间隙为90nm；光从单直波导入口输入并在微盘型谐振腔和单直波导之间的间隙处通过耦合进入到微盘型谐振腔；在微盘型谐振腔内部形成支撑两种WGM模场的谐振模式，分别为靠近微盘半径外部边缘的一阶模式与靠近微盘半径内部的二阶模式。

2.根据权利要求1所述 的一种可实现折射率与压力的双传感应用的微盘型光学谐振腔结构，其特征在于，采用折射率为1.56的SU-8作为传感系统的柔性衬底材料。

3.根据权利要求1所述 的一种可实现折射率与压力的双传感应用的微盘型光学谐振腔结构，其特征在于，采用折射率为3.47的Si作为单直波导与微盘型谐振腔的材料。

4.如权利要求1—3之一所述的微盘型光学谐振腔结构在柔性光子器件的生物传感应用中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，消除力-光耦合效应对于折射率探测的影响和解决了由于弯曲变形的时压力因素对生物传感探测结果不准确的影响。

6.利用如权利要求1—3之一所述的微盘型光学谐振腔结构实现折射率与压力双传感的方法，其特征在于，利用微盘型光学谐振腔结构的两种不同WGM模式对于折射率与压力因素变化的灵敏度不同，在已知两种WGM模式对应谐振波长偏移的条件下，采用二阶灵敏度逆矩阵，同时检测出谐振腔周围环境折射率的变化以及所受压力的改变，如下：

其中，△n和△p分别表示周围环境折射率变化以及谐振腔所受压力大小，M_RI,P^-1表示二阶灵敏度矩阵的逆矩阵，△λ_,WGM(0,36)和△λ_,WGM(1,28)分别表示一阶WGM模式和二阶WGM模式对应的谐振波长偏移； 二阶灵敏度矩阵M_RI,P如下：

其中，S_RI,WGM(0,36)和S_P,WGM(0,36)分别表示一阶WGM模式对应的折射率灵敏度和压力灵敏度，S_RI,WGM(1,28)和S_P,WGM(1,28)分别表示二阶WGM模式对应的折射灵敏度和压力灵敏度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，一阶WGM模式对应的折射率灵敏度和压力灵敏度分别为29.07nm/RIU和0.576pm/kPa，二阶WGM模式对应的折射率灵敏度和压力灵敏度分别为38.68nm/RIU和0.589pm/kPa。