CN103080699A - 磁力驱动的光子晶体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁力驱动的光子晶体传感器。光纤包括与其第一端耦合的至少一个光子晶体装置以及与所述至少一个光子晶体装置耦合的磁性材料。

Description

磁力驱动的光子晶体传感器

背景技术

由于其固有的电磁干扰（EMI）和高强度辐射场（HIRF）抗扰性，利用光学传感系统和方法是非常可取的。目前，针对应用（如结构健康监测）的光学传感设计涉及放置光学传感器使其与被感测的环境或物体直接接触。一些传感应用例如近距离感应目前可能需要通过光学传感系统和方法利用光传输和检测、直接的物理接触、或直接的物理障碍，从而发挥最佳效果。至少在这些应用中，目前的光学传感系统和方法在包含遮蔽物、障碍物、碎片以及导致物理变形的潜在性的环境中通常可能具有低可靠性。

发明内容

本发明公开了一种磁力驱动的光子晶体传感器。光纤包括与其第一端耦合的光子晶体以及与光子晶体耦合的磁性材料。

在第一个实施例中，磁力驱动的光子晶体传感器包括含有第一端的光纤。至少一个光子晶体装置与第一端耦合，且至少一个磁性材料与至少一个光子晶体装置耦合。

在第二个实施例中，磁力驱动的光子晶体传感器系统的使用方法包括接收与光子晶体耦合的磁性材料上的被接受磁力，使被接受的磁力驱动光子晶体。该方法进一步包括通过光纤，将传输光传输至光子晶体。然后，通过光纤，接收源自光子晶体的反射光。该方法进一步包括确定反射光与传输光之间的确定差异。

在第三个实施例中，涉及一种提供磁力驱动的光子晶体传感器的方法。该方法提供了光子晶体并将该光子晶体与光纤的第一端耦合。然后，该方法包括将磁性材料与该光子晶体耦合。

本发明内容采用简化形式引入选择性概念（将在下文详细描述）。本发明内容并非旨在指出权利要求所限定主题的关键特征或基本特征，也不是旨在帮助确定权利要求所限定主题的保护范围。

附图说明

结合下面附图（其中整个附图中的相似参考数字指的是相似组件），参照详细描述和权利要求，可更全面理解本公开的实施例。提供附图旨在便于理解本公开，其不限制本公开的宽度、范围、规模或应用。这些附图不一定按比例绘制。

图1示出了根据本公开实施例，示例性的磁力驱动的光子晶体传感器系统。

图2示出了根据本公开实施例，示例性的磁力驱动的光子晶体传感器，示出光子晶体安装在光纤顶端。

图3示出了根据本公开实施例，示例性的硅晶体基。

图4示出了根据本公开实施例，包含多个蚀刻孔的示例性光子晶体的晶格。

图5示出了根据本公开实施例，示例性的光子晶体，其包含分离自基材的多个蚀刻孔，以形成光子晶体的晶格。

图6示出了根据本公开实施例，图5所示的光子晶体的透视仰视图。

图7示出了根据本公开实施例，由两个光子晶体形成的示例性多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪。

图8示出了根据本公开实施例，与微机电系统（MEMS）框架耦合的示例性多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪。

图9示出了根据本公开实施例，示例性的多功能光子晶体传感器。

图10示出了根据本公开实施例，在多功能磁力驱动的光子晶体传感器形成工序中经过图案形成步骤、定向蚀刻步骤、第一氧化物蚀刻步骤和释放蚀刻步骤后形成的产物。

图11示出了根据本公开实施例，在多功能磁力驱动的光子晶体传感器形成工序中经过氧化物沉积步骤和多晶硅沉积步骤后形成的产物。

图12示出了根据本公开实施例，多功能磁力驱动的光子晶体传感器形成工序中的第二氧化物蚀刻步骤。

图13示出了根据本公开实施例，多功能磁力驱动的光子晶体传感器形成工序中的硅蚀刻步骤、背面硅蚀刻步骤和磁体安装步骤。

图14示出了根据本公开实施例，多功能磁力驱动的光子晶体传感器形成工序中的光纤安装步骤。

图15示出了根据本公开实施例，示例性的多功能磁力驱动的光子晶体传感器。

图16示出了根据本公开实施例，磁力驱动的光子晶体传感器的形成工序的示例性流程图。

图17示出了根据本公开实施例，磁力驱动的光子晶体传感器系统的使用工序的示例性流程图。

具体实施方式

事实上，下面的详细描述是示例性的，其不旨在限制本公开或应用以及本公开实施例的使用。所提供的具体设备、技术和应用的描述仅是示例性的。对本文所描述实施例做出修改是本领域内的那些普通技术人员所显而易见的，且在不偏离本公开的精神和保护范围的情况下，本文所限定的一般原则可适用于其他示例和应用。此外，其不被上述技术领域、技术背景、摘要或下述详细描述中提出的任何明示或暗示理论约束。本公开应该与权利要求的保护范围一致，且不限制于本文所描述和示出的示例。

就功能和/或逻辑块组件和多个处理步骤，描述本公开实施例。应该理解这些块组件可实现为被配置执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件组件。为了简洁起见，本文未详细描述与制造、光传感、磁传感和系统的其他功能方面（以及系统的各个操作组件）相关的传统技术和组件。另外，本领域内的那些技术人员应该理解本发明实施例可与多种结构体结合实施且本文所描述的实施例仅仅是本公开的示例性实施例。

在实际的非限制应用（即，加速计和感应门如飞机门的打开或关闭状态）背景下描述本公开实施例。然而，本公开实施例不限制于这样的飞机门和加速计应用，并且本文所描述的技术还可用于其他的传感器应用。例如，实施例可应用于灯开关、锁闩、碰撞控制设备、飞机控制表面的定位、起落装置的定位、电源线电压、电源线电流等等。

如阅读本说明书后，本领域内的每个普通技术人员所显见的，下面为本公开的示例和实施例且其不限制于依照这些示例的操作。可利用其他的实施例，并在不偏离本发明示例性实施例的保护范围的情况下，对其作出结构变化。

图1示出了根据本公开实施例的示例性磁力驱动的光子晶体传感器系统100（系统100）。该系统100利用磁场将力施加至磁性材料，而无需任何物理接触。该磁性材料进而驱动由激光感测的光子晶体。该系统100可包括磁力驱动的光子晶体传感器102和目标体110。

磁力驱动的光子晶体传感器102包括磁性材料104、光子晶体106以及光纤108。

磁性材料104被配置用于感测目标体110的（例如但不局限于）存在、不存在、运动、加速或移动。磁性材料104可包括任何不同类型的磁性材料，例如但不局限于，铁、陶瓷、铝镍钴合金、钐钴、钕铁硼、其混合物等等。

光子晶体106被配置具有力敏感性且被机械地耦合至磁性材料104。光子晶体106还与光纤108的第一端112耦合。光子晶体106形成自（例如但不局限于）硅晶体基（下面将更详细描述）。光子晶体是被设计用于影响（以类似于半导体晶体如何周期性影响电子运动的方式）光子运动的周期性光学纳米结构。在该方式中，光子晶体106的周期性光学纳米结构可包括，例如但不局限于，光学孔晶格、光学珠晶格等等。光子晶体包括影响电磁波传播的周期性电介质或金属电介质纳米结构。以半导体晶体中通过规定允许和禁止的电子能带而周期势影响电子运动的类似方式影响电磁波传播。光子晶体可包括周期重复的内部区域，或具有高和低介电常数的周期性结构。光子晶体的周期性结构可使其具有光学特性，包括，例如但不局限于，抑制自发辐射，高反射率的全向反射，低损耗波导等。在该方式中，光子晶体106在相应频率反射感应光。

像波一样，光的光子可根据其波长，通过周期性结构进行传播。可在光子晶体中传播的光的波长称为允许模式，允许模式的群组称为带，且波长的不允许带称为光子带隙。为了提供上述的光学特性，光子晶体的周期性结构的周期应该基本为电磁波波长的一半。具体地，周期性结构的高和低介电常数的重复域的周期应该基本为电磁波波长的一半的量级。例如，对于在电磁波谱可见部分工作的光子晶体，其周期性结构的高和低介电常数的重复域应该为大约200纳米（蓝色）至大约350纳米（红色）。

光纤108被配置为将光输送至光子晶体106，并将光从光子晶体106输出。通过光纤涂层208（图2）保护光纤108免受水分、变形等影响。将至少一个光源116，例如至少一个相干光源116，耦合至光纤108的第二端114，从而通过光纤108将相干光束输送至光子晶体106。所述的至少一个光源116不限制于相干光源，且可包括（例如但不局限于）半相干光源、非相干光源等。在本文中，至少一个光源116以及至少一个相干光源116可互换使用。此外，将至少一个光检测器118耦合至光纤108的第二端114，以接收源自光子晶体106的反射光。借助内部反射，将光保留在光纤108的中心，使光纤108充当波导。将支持多种传播路径或横向模式的光纤称为多模光纤，而将那些仅支持单一模式的光纤称为单模光纤。相比单模光纤的中心，多模光纤一般具有较大的中心直径（例如，≥50微米），且其一般用于短距离的通讯连接并应用于高功率传输。多模光纤的较大中心直径可降低所需精度并降低使所用的传输器和检测器以及连接器的成本。然而，多模光纤可导致模态色散，限制连接的带宽和长度。此外，由于其掺杂剂含量较高，相比单模光纤，多模光纤通常显示出较高的衰减现象。单模光纤一般用于通讯连接长于约550米的情况。单模光纤的中心（例如，<10微米）一般小于多模光纤的中心且具有比多模光纤较长和较高的性能连接。

目标体110（可磁检测的物体110）被配置为可由磁性材料104感测。目标体110可包括，例如但不局限于，其运动可被感测的物体、放置在其运动可被感测的物体上的标签、门结构等。目标体110可包括，例如但不局限于，磁性材料、铁材料、感应的磁性材料（例如，铝中的感应磁性）、抗磁性材料等等。为了提高检测，目标体110可包括多组件目标体，例如但不局限于，具有磁性外圈的铁中心、具有交变磁场的“带状物”等等。借助具有磁性外圈的铁中心，当传感器接近磁性外圈时，磁性材料104可发生高度偏转，当磁性材料104到达铁中心，产生突然引力。借助具有交变磁场的带状物，当磁性材料104在带状物上移动时，磁性材料104将发生振动。

如果目标体110为磁性目标体，根据磁性目标体的极分布，光子晶体106上产生期望方向的力，以响应目标体110的运动。光子晶体106上的感应力使系统100发生光学变化。如果目标体110为铁目标体，磁性材料104对铁目标体的引力可使光子晶体106发生光学变化，例如多个波长的干涉变化。如此，可感测目标体110的运动并可进行相应测量。例如，如果目标体110包括货舱门，货舱门的关闭可通过光子晶体106所感应的运动进行感测。

对于货舱门，在目前技术中，需要感应线圈（针对电流传感器）和一块货舱门上作为目标体的钢（例如，具有螺栓孔的样块）。货舱门通常为铝，因此，电流传感器仅与样块（coupon）发生作用。驱动电流通过感应线圈且当目标体移至目标范围时检测到变化。将目标体110代替感应线圈时，可利用相对小的磁力驱动的光子晶体传感器，如传感器102。当铁或磁性目标体在范围内移动时，磁性材料104发生偏转，从而使光子晶体106发生偏转。

图2示出了根据本公开实施例的示例性磁力驱动的光子晶体传感器200（即，图1中的102（没有磁性材料104）），示出光子晶体202安置在涂有光纤涂层208的光纤108/206的第一端112/206上。

图3示出了根据本公开实施例的示例性硅晶体基。该硅晶体基300可包括任何电介质材料，例如但不局限于，具有约1.3微米至1.6微米“透明”波长的光学质量硅（例如，硅、掺杂硅）等。掺杂可用于确定硅的光学质量。还可利用其他材料，例如但不局限于，砷化镓、磷化铟镓、铜铟镓（二）硒（CIGS）、碳化硅、金刚石、二氧化硅等。

图4示出了根据本公开实施例，包含多个蚀刻孔的示例性光子晶体的晶格400（由硅晶体基300形成）。利用蚀刻，在材料中创建孔402。孔402的间距和大小创建了光子晶体的晶格400。孔402的直径可为（例如但不局限于）约0.25微米至约1.0微米。

图5示出了根据本公开实施例的示例性光子晶体500，其包含分离自基材（未示出）的多个蚀刻孔，以形成光子晶体的晶格，例如光子晶体106/202。对孔402的底502进行充分地大量蚀刻，基本去除形成光子晶体106/202的基体材料，从而使光子晶体500从基体材料分离并用作磁力驱动光子晶体系统100中的光子晶体106/202。

图6示出了根据本公开实施例，光子晶体500的透视仰视图600。仰视图600示出了如何利用蚀刻从形成光子晶体106/202的基体材料中分离出光子晶体106/202。

图7示出了根据本公开实施例，由两个光子晶体702和704（图5中500）形成的示例性多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪700。在图7所示的实施例中，将光子晶体702和704放置在彼此基本平行位置。每个光子晶体702和704的厚度706可为（例如但不局限于）约400微米至约500微米等。光子晶体702和704可分隔（例如但不局限于）约1.0微米等。如此，光子晶体702和704中的任何一个晶体的非常小的变化可产生感测应用中所需的干涉图案。光的反射量取决于分隔距离708。光子晶体702和704形成了多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪700。

干涉仪一般利用光或用于干涉测量的其它形式的电磁波。干涉测量法是一种通过测量由两个或更多个波叠加形成的干涉图案，确定两个或更多个波的特性的技术。干涉测量法利用叠加原理，将单独波结合一起，产生具有可用于测量两个或更多个波的原始状态特性的联合体。当两个具有大致相等频率的波结合一起时，可通过两个波之间的相差（即，同相波的相长干涉和不同相波的相消干涉）确定最终的干涉图案。可利用两个相干光束间的干涉条纹确定光子晶体702和704的运动，从而测得由目标体110引起的磁性材料104的运动。

在光学中，Fabry–Pérot干涉仪或标准具一般由具有两个反射表面（例如光子晶体702和704）或两个平行的高度反射镜的透明板制得。前者为标准具，后者为干涉仪，但该术语可交换使用。作为波长函数的透射光谱显示出对应于标准具共振的大的透射峰。

两个反射表面如光子晶体702和704之间光的多重反射间的干涉产生了标准具的不同透射函数。如果所透射光束为同相，发生相长干涉，对应于标准具的高透射峰。如果所透射峰为不同相，发生相消干涉，对应于最小透射。

例如，相干光的单一入射光束可被光栅或部分反射镜分成两束。在到达检测器前，两束光束中的每束光束的传播途径（路径）不同，直到合并为止。每束光束传播距离上的路径差异可导致两束光束产生相差。相差导致两束光束的波产生干涉图案。如果单个光束被分成两个路径，相差可用于测量改变沿两条路径传播的任何参数。例如但不局限于，路径长度的物理变化，两条路径中的一个或更多个路径的折射率变化等。该变化可用于测量磁性材料104的运动。

在另一个示例中，在零差检测中，在基本相同的波长下，两束光束发生干涉。两束光束之间的相差导致检测器上的光强度发生变化。强度变化可用于测量光子晶体702和704的运动，从而测量磁性材料104的运动。

在另一个示例中，在外差检测中，在检测前，调制两束光束中的其中一束光束（例如，通过频移）。在光学外差检测中，可将两束光束的干涉检测作为拍频。调制的光束包含在拍频的每个周期的最小和最大水平间振荡的信号。由于调制光束的调制是已知的，即使两束光束中的每束光束的强度水平发生漂移，也可基本精确测得所测量的拍频的相对相位。相对相位的变化可用于测量光子晶体702和704的运动，从而测量磁性材料104的运动。

通过测量光子晶体702和704的运动，借助磁性材料104，检测目标体110的运动。测量光子晶体702和704的运动可确定目标体110的运动。例如但不局限于，利用光子晶体702和704的速度、位移、减速、加速等确定目标体110的运动。

图8示出了根据本公开实施例，与微机电系统（MEMS）框架耦合的示例性多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪800。图8示出了如何在传统蚀刻工艺中，形成利用多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪800的传感器。可将磁性颗粒引入该结构中，使传感器可检测目标体材料（磁性或铁/可透过的）的存在或不存在。在图8所示的实施例中，可将目标体材料应用至多层Fabry-Perot（标准具）干涉仪800，检测目标体材料的存在或不存在。此外，可能地，在某些情况下（取决于结构），传感器可用作加速计，构成多功能传感器。

图9示出了根据本公开实施例的示例性多功能光子晶体传感器900。该多功能光子晶体传感器900包括安装在光纤206（涂有光纤涂层208）上的多功能光子晶体902。多功能光子晶体902包括二维和三维结构，该结构可利用和二或三个磁铁（未示出）分别检测二维和三维结构中的力。为了测出多功能光子晶体902的每个功能，利用包含两个或更多个频率的激光调解多功能光子晶体902。利用所述两个或更多个频率中的每个频率测量多功能光子晶体902的其中的一个功能，且利用两个或更多个光检测器（未示出）接收两个或更多个频率。光纤206可包括（例如但不局限于）单模光纤、多模光纤等，可用于传输两个或更多个频率。多功能光子晶体902可用于（例如但不局限于）加速计、扭矩计等。

图10示出了根据本公开实施例，在多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500（图15）形成工序中，经过图案形成步骤、定向蚀刻步骤、第一氧化物蚀刻步骤和释放蚀刻步骤后形成的光子晶体工件产物1000。

在图案形成步骤中，图案掩模1002形成在硅基1004上。图案掩模1002包括用于形成孔1006晶格的晶格图案（未示出）。孔1006晶格可包括（例如但不局限于）矩形晶格、六边形晶格等。孔1006晶格可包括（例如但不局限于）圆柱孔、球状孔等。孔1006晶格可由（例如但不局限于）定向蚀刻、各向异性蚀刻、激光烧蚀等形成。

在定向蚀刻步骤中，利用开放的底侧壁掩模1104遮盖孔1006晶格，且利用光学硅材料对孔1006晶格进行填充，形成球状孔1102。光学硅材料可包括（例如但不局限于）多晶硅等。

在第一氧化物蚀刻步骤中，通过（例如但不局限于）氧化物蚀刻、基于溶剂的去除处理等，除去图案掩模1002（图11）和开放的底侧壁掩模1104（图11）。

在释放蚀刻步骤中，通过（例如但不局限于）氧化物蚀刻、基于溶剂的去除处理、磨蚀等，除去过量的基体材料1304。

图11示出了根据本公开实施例，在多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500形成工序中，经过氧化物沉积步骤和多晶硅沉积步骤后形成的光子晶体工件产物1100。

在氧化物沉积步骤中，将二氧化硅或类似膜，沉积或保形地生长在几乎所有的硅表面上。通过定向蚀刻，从水平表面去除沉积的氧化物。

在多晶硅沉积步骤中，将多晶硅或类似材料统一沉积在光子晶体工件产物1000上，然后进行蚀刻或抛光，直至多晶硅充满孔1006的晶格，但不覆盖前表面（未示出）。

图12示出了根据本公开实施例，多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500形成工序中的第二氧化物蚀刻步骤1200。通过各向同性蚀刻去除从基材分离出多晶硅的掩模层和氧化物。

图13示出了根据本公开实施例，在多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500形成工序中，经过硅蚀刻步骤、背面硅蚀刻步骤和磁体安装步骤后形成的产物1300。

在硅蚀刻步骤中，从前面（未示出）对硅进行蚀刻，形成所需的机械结构，该结构可使多功能光子晶体1302响应磁力发生移动并可在安装在光纤206前，释放磁力驱动的光子晶体传感器1500。

在背面蚀刻步骤中，从硅基1004的背面1306对硅基材进行蚀刻，以便从基材，部分释放出磁力驱动的光子晶体传感器1500。

在磁体安装步骤中，将磁性材料104安装在多功能光子晶体1302上。

图14示出了根据本公开实施例，多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500形成工序中的光纤安装步骤1400。将该磁性材料104和该多功能光子晶体1302安装在光纤206上。

图15示出了根据本公开实施例，示例性的多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500。该多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500可被操作检测两个或更多个被测变量，其中被测变量指的是接受测量的特定量。当这些波长为被测变量时，该多功能磁力驱动的光子晶体传感器1500可被许多波长（例如，λ₁、λ₂、λ₃…）询问。在不同波长（即，λ₁、λ₂、λ₃…）下，光纤206上的反射率不同地取决于被测变量，所以在选定波长（R1、R2、R3…）测得的反射率允许计算被测变量（S1、S2、S3…）。例如，对于多轴磁场传感，两个被测变量S1和S2可分别测得X方向和Z方向上的运动。

图16示出了根据本公开实施例，磁力驱动的光子晶体传感器102的形成工序的示例性流程图。可以通过软件、硬件、固件或其任何组合体，机械地执行有关工序1600实施的多个任务。出于说明目的，有关工序1600的以下描述可参考上述有关图1-15的组件。在实际实施例中，可利用磁力驱动的光子晶体传感器102的不同组件，例如，磁性材料104、光子晶体106、光纤108、至少一个相干光源116以及至少一个光检测器118，执行部分工序1600。工序1600具有与图1-15所示实施例类似的功能、材料和结构。因此，此处将不再重复描述共同的特征、功能和组件。

可通过提供光子晶体106/202（任务1602）开始工序1600。

然后，通过将光子晶体106/202耦合至光纤108/204的第一端112/206（任务1604），继续执行工序1600。

再通过将磁性材料104耦合至光子晶体106/202（任务1606），继续执行工序1600。

然后，通过将至少一个光源116耦合至光纤108/204的第二端114（任务1608），继续执行工序1600。如此，光纤108/204将光波从至少一个光源116传输至光子晶体106/202。

再通过将至少一个光检测器118耦合至光纤108/204的第二端114（任务1610），继续执行工序1600。如此，光纤108/204将光波从光子晶体106/202传输至至少一个光检测器118，其检测光波。

然后，通过感测可磁检测的物体110（任务1612），例如但不局限于，飞机门、列车门、汽车门、房门、大门、存储库等，继续执行工序1600。

再通过确定可磁检测的物体110（例如，门）是否关闭（任务1614），继续执行工序1600。例如，由于在其接近中门的存在或不存在，磁力驱动的光子晶体传感器102感测力的变化，并根据预定测量，确定门是否关闭。当门关闭时，放置在门上的磁性材料的接近显著改变了磁力驱动的光子晶体传感器102/1500上的力。然后，其进而改变了监测波长下的反射率，当测得的反射率小于选定阀值，表明门是敞开的，且当测得的传输率大于选定阀值，表明门是关闭的。在可选择的实施中，当测得的反射率小于选定阀值表面，表明门是关闭的且当测得的反射率大于选定阀值，表明门是敞开的。

图17示出了根据本公开实施例，磁力驱动的光子晶体传感器系统100的使用工序的示例性流程图。可以通过软件、硬件、固件或其任何组合体，机械地执行有关工序1700实施的多个任务。出于说明目的，有关工序1700的以下描述可参考上述有关图1-15的组件。在实际实施例中，可利用磁力驱动的光子晶体传感器系统100的不同组件，例如，磁性材料104、光子晶体106、光纤108、至少一个相干光源116、至少一个光检测器118以及可磁检测的物体110，执行部分工序1700。工序1700具有与图1-15所示实施例类似的功能、材料和结构。因此，此处将不再重复描述共同的特征、功能和组件。

通过接收磁性材料（耦合至光子晶体106）上的被接受磁力，开始工序1700，从而借助被接受的磁力驱动光子晶体（任务1702）。该磁力可接收自可磁检测的物体110。

然后，通过借助光纤108将所传输的光传输至光子晶体106（任务1704），继续执行工序1700。

再通过借助光纤108接收源自光子晶体106的反射光（任务1706），继续执行工序1700。如上所述，光子晶体106可基于光子晶体106中的被接受磁力，例如但不局限于，基于干涉测量等，对反射光进行修改。

然后，通过确定反射光与传输光之间的确定差异（任务1708），继续执行工序1700。例如但不局限于，根据反射光和传输光的干涉测量等，获得确定差异。

然后，通过根据确定差异检测可磁检测的物体的至少一个特性（任务1710），继续执行工序1700。如上所述，至少一个特性可包括（例如但不局限于）速度、加速度、减速度、振动、位移、无移动性等。例如，位移可根据测得的反射率测量。如此，当测得的反射率小于选定的位移阀值，可以表明门是打开的（或关闭的），且当测得的反射率大于选定的位移阀值，可以表明门是关闭的（或打开的）。

然后，通过在环境中操作磁力驱动的光子晶体传感器系统（任务1712），继续执行工序1700。所述的环境可包括（例如但不局限于）污染物、遮蔽物、障碍物、碎片和导致物理变形的潜在物源，以及非污染环境。

因此，本公开的多个实施例提供了获得磁力驱动的光子晶体传感器的方法。实施例提供了用于检测磁性材料上的力（没有任何物理接触地驱动光子晶体）变化的装置。由于磁驱动不需要物理接触，所以磁力驱动的光子晶体传感器系统可用于包含遮蔽物、障碍物、碎片和/或导致物理变形的潜在物源的环境中以及在无污染环境中。

虽然在上面的详细描述中，至少示出了一个示例性实施例，但应该理解大量变型可以存在。还应该理解本文所描述的示例性实施例或实施例不旨在以任何方式限制主题的范围、适用性或结构。相反地，前面的详细描述为本领域内的那些技术人员提供了用于执行实施例或多个实施例的便捷路线图。应该理解可在不偏离权利要求所限定的保护范围的情况下，可以对组件的功能和排列做出多种变化，其包括提交本专利申请时的已知等同物和可预见等同物。

以上描述指的是被“连接”或“耦合”一起的组件或节点或特征。如本文所使用的，除非另有明确说明，否则“连接”指的是一个组件/节点/特征直接与另一个组件/节点/特征结合（或间接相连）且不一定是机械地。同样地，除非另有明确说明，否则“耦合”指的是一个组件/节点/特征直接或间接地与另一个组件/节点/特征结合（或直接或间接地相连）且不一定是机械地。因此，虽然图1至15描述了组件的示例性排列，但是本公开实施例可存在附加的中间组件、设备、特征或组分。

除非另有说明，否则本文所使用的术语和短语以及其变形体应该视为开放式，而不是具有限制性。如上述示例中的术语“包括”应该理解为“包括，且不具有限制性”等；术语“示例”用于提供所讨论项的示例性实例，而并非是穷尽的或具有限制性；且形容词例如“传统的”“标准的”“已知的”以及具有类似含义的术语不应该视为将所述术语限制于指定时期或术语在指定时间可用，而应该理解为包含可用的、或现在或在将来任何时间已知的传统或标准技术。同样地，除非另有明确说明，否则由连词“和”连接的一组术语不应该解读为要求那些术语中的每个或每一个均存在于群组中，而是应该理解为“和/或”。类似地，除非另有明确说明，否则由连词“或”连接的一组术语不应该解读为要求在群组之间存在相互排斥性，而是应该理解为“和/或”。此外，虽然本公开的术语、组件或组分可以单数形式进行描述或要求，但是除非明确限定于单数形式，否则复数形式视为涵盖在其范围内。在一些示例中，具有扩大性的单词和短语例如“一个或更多个”“至少”“但不局限于”或其他类似的短语不应该解读为示例旨在或要求涵盖其中不存在这些具有扩大性短语的较窄情况。

Claims (20)

1.一种磁力驱动的光子晶体传感器，包括：

包含第一端的光纤；

与所述第一端耦合的至少一个光子晶体装置；以及

与所述至少一个光子晶体耦合的至少一个磁性材料。

2.根据权利要求1所述的磁力驱动的光子晶体传感器，其中所述光纤包含由单模光纤、多模光纤以及光波导组成的群组中的至少一个。

3.根据权利要求1所述的磁力驱动的光子晶体传感器，其中所述至少一个光子晶体装置包括晶格，所述晶格包含由光学孔和光学珠组成的群组中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的磁力驱动的光子晶体传感器，其中所述的至少一个光子晶体装置可被操作在相应频率反射感测光。

5.根据权利要求1所述的磁力驱动的光子晶体传感器，其中所述至少一个光子晶体装置可运行以在相应方向测量运动。

6.根据权利要求1所述的磁力驱动的光子晶体传感器，其中所述至少一个光子晶体装置可运行以在相应方向测量位移。

7.根据权利要求1所述的磁力驱动的光子晶体传感器，其中所述至少一个光子晶体装置包括由周期性介电纳米结构、金属-介电纳米结构、硅、砷化镓、磷化铟镓、铜铟镓（二）硒（CIGS）、碳化硅、金刚石和二氧化硅组成的群组中的至少一个。

8.一种磁力驱动的光子晶体传感器系统的使用方法，所述方法包括：

接收与光子晶体耦合的磁性材料上的被接受磁力，使得所述被接受磁力驱动所述光子晶体；

将传输光传输通过光纤到达光子晶体；

通过所述光纤接收来自所述光子晶体的反射光；以及

确定所述反射光与所述传输光之间的确定差异。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述被接受磁力被接收自可磁检测的物体。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括根据所述确定差异，检测所述可磁检测的物体的至少一个特性。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述的至少一个特性包括由速度、加速度、减速度、振动、位移、无移动性组成的群组中的至少一个。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述可磁检测的物体不与所述磁性材料发生物理接触。

13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在环境中操作所述磁力驱动的光子晶体传感器系统，所述环境包括由污染物、遮蔽物、障碍物、碎片和导致物理变形的潜在物源、以及无污染物组成的群组中的至少一个。

14.一种提供磁力驱动的光子晶体传感器的方法，所述方法包括：

提供光子晶体；

将所述光子晶体耦合至光纤的第一端；以及

将磁性材料耦合至所述光子晶体。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括将至少一个光源耦合至所述光纤的第二端。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括将至少一个光检测器耦合至所述光纤的所述第二端。

17.根据权利要求14所述的方法，进一步包括感测可磁检测的物体。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括确定所述可磁检测的物体是否关闭，其中所述可磁检测的物体是门。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述可磁检测的物体包括由磁性材料、铁材料、感应的磁性材料、抗磁性材料组成的群组中的至少一个。

20.根据权利要求14所述的方法，其中提供所述光子晶体进一步包括：

形成所述光子晶体图案；

在所述光子晶体中蚀刻孔；以及

将所述光子晶体从基材释放出。

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