[发明专利]基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器

权利要求书

1.一种基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，包括信号输入端(1)、信号输出端(2)、空气孔区域(3)、衬底材料区域(4)、中心样品池单元区域(7)；所述空气孔区域(3)由5层共114个开设于衬底材料区域(4)上的空气孔单元组成，5层空气孔单元逐层布置于5个同心圆上，第一层由圆环形周期等间距排列的12个空气孔组成，第二层由圆环形周期等间距排列的18个空气孔组成，第三、四、五层均由两个呈镜像对称布置的半环形空气孔阵列组成，且两个半环形空气孔阵列的两端之间均留有间隔空间，第三、四、五层空气孔单元中包含的空气孔数量分别为22个、28个、34个；第三、四、五层空气孔单元的间隔空间沿径向相连，使得在衬底材料区域(4)两侧分别形成信号输入端(1)和信号输出端(2)；所述中心样品池单元区域(7)布置于第一层空气孔单元的圆环内，由中心上样品池单元(5)和中心下样品池单元(6)组成；所述中心上样品池单元(5)的样品腔以第一高密度聚乙烯壁为界分为内外两层互不连通的空腔区域，第一高密度聚乙烯壁由第一半圆弧形段(8)和第一劣弧形段(9)首尾相连组成；所述中心下样品池单元(6)的样品腔以第二高密度聚乙烯壁为界分为内外两层互不连通的空腔区域，第二高密度聚乙烯壁由第二劣弧形段(10)和第二半圆弧形段(11)首尾相连组成；所述中心下样品池单元(6)与中心上样品池单元(5)以镜像对称形式布置；太赫兹波从信号输入端(1)输入，依次经过衬底材料区域(4)和空气孔区域(3)进入中心样品池单元区域(7)，最后从信号输出端(2)输出，通过空气孔区域(3)光子晶体结构的作用实现对中心上样品池单元(5)和中心下样品池单元(6)中不同样品折射率的传感功能。

2.根据权利要求1所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的空气孔区域(3)中的每一个空气孔半径均为40～44μm，同一层以及相邻层空气孔单元的两个相邻空气孔之间的间距均为14～18μm。

3.根据权利要求2所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的空气孔区域(3)中，以所述同心圆的圆心作为原点，空气孔位置排布方式表示为：

其中，a是晶格常数，M是空气孔单元的层数，m是一层空气孔单元中空气孔的序数，1≤m≤6M，x(M,m)是第M层空气孔单元中第m个空气孔的x轴坐标，y(M,m)是第M层空气孔单元中第m个空气孔的y轴坐标。

4.根据权利要求1所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的衬底材料区域(4)的材质为高密度聚乙烯。

5.根据权利要求4所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的衬底材料区域(4)折射率n为1.535。

6.根据权利要求1所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的中心上样品池单元(5)和中心下样品池单元(6)之间的间距为0。

7.根据权利要求1所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的中心上样品池单元(5)中，第一半圆弧形段(8)的内半径为78～82μm，外半径为98～102μm；第一劣弧形段(9)的内半径和外半径均为123～127μm；第一高密度聚乙烯壁厚度为10μm。

8.根据权利要求1所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，所述的中心下样品池单元(6)中，第二劣弧形段(10)的内半径和外半径均为123～127μm；第二半圆弧形段(11)的内半径为78～82μm，外半径为98～102μm；第二高密度聚乙烯壁厚度为10μm。

9.根据权利要求1所述的基于向日葵型光子晶体结构的太赫兹波折射率传感器，其特征在于，整个传感器通过3D打印成型。