CN109269668A - 一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，包括基底层和叠接在基底层上面的金属银纳米层，所述金属银纳米层由其中部设有的直波导管分成相等的两部分，直波导管的两侧分别设有第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔，第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔均设有矩形孔径与直波导管连通构成直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构，腔体结构中填充乙醇形成乙醇绝缘层，使得乙醇绝缘层及其两侧的银纳米层构成的银纳米层‑乙醇层‑银纳米层的主波导结构为金属‑介质‑金属波导的表面等离子共振结构。这种温度传感器成本低、使用方便，能提高温度传感的灵敏度，使得复杂环境下温度传感的应用得以实现。
Description
技术领域
本发明涉及微纳传感领域，具体是一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器。
背景技术
与传统的温度传感器不同，等离子体温度传感器是利用温度和表面等离子谐振（surface plasmon resonance，简称SPR）的关系来实施传感的。SPR作为一种表面定向的方法，显示出了作为传感器的巨大潜力，其允许在不使用标记分子的情况下，实时分析生物特异性的相互作用，另外，SPR具有较强的稳定性和鲁棒性。正是因为这些独特的性质，使得其迅速得到科学界的广泛关注。早在1982年新加坡南洋理工的Nylander的团队验证了表面等离子谐振用于生物传感的可能性；1993年，华盛顿大学Jorgenso团队开发了一款光纤传感器，从此，众多以SPR为基础的传感器相继提出。
SPR在温度传感的应用方面，早在1997年美国华盛顿大学José Meléndez的团队提出了一种内置式温度传感器，这种传感器由近红外发光二极管激发。此后数十年一系列的温度传感器相继被提出，但这类温度传感器的高成本、较差的易用性和低灵敏度的技术瓶颈，依然限制了SPR传感器的发展与应用。
目前对于SPR的温度传感器主要集中在倏逝耦合的研究，对于高灵敏度的孔径耦合的温度传感的研究较少。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器。这种温度传感器成本低、使用方便，并能提高温度传感的灵敏度，使得复杂环境下温度传感的应用得以实现。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，与现有技术不同的是，包括基底层和叠接在基底层上面的金属银纳米层，所述金属银纳米层由其中部设有的直波导管分成相等的两部分，直波导管的两侧分别设有第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔，第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔均设有矩形孔径与直波导管连通构成直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构，腔体结构中填充乙醇形成乙醇绝缘层，使得乙醇绝缘层及其两侧的银纳米层构成的银纳米层-乙醇层-银纳米层的主波导结构为金属-介质-金属波导的表面等离子共振结构。
所述第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔设在直波导管两侧的位置为非对称位置。
所述第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔的高度均与银纳米层的厚度相等。
所述基底层为二氧化硅层。
二氧化硅基底层通过溶胶-凝胶工艺制作，进而确保基底具有良好的缓冲特性。
金属银纳米层首先被沉积在二氧化硅基底层上，并采用聚焦离子束在金属银纳米层的中部刻蚀出直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构并填充乙醇形成乙醇绝缘层。
乙醇具有较高的热光系数，热光吸收效率较高，是理想的温度感应材料，通过毛细管吸引力将乙醇填充进直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构中，并采用透明介质将乙醇密封在连通腔体结构中。
入射光通过光纤耦合从乙醇绝缘层一侧以任意角度进入乙醇绝缘层，并通过矩形孔径使得椭圆谐振腔和直波导发生耦合，出射光从乙醇绝缘层的另一侧射出，采用光功率计对连通腔体结构中的温度变化前后的输出光的功率进行计算，从而实现对连通腔体结构中温度变化的检测。
金属银较其它金属具有更低的能量损耗，使得银纳米层的整体能量损耗较低，而且，温度对银的光学性质影响较小。
乙醇作为感应材料，将温度的变化量，转变为折射率的变化量，进而影响耦合强度。
这种多功能温度传感器可以采用不断增加非对称设置的第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔内耦合磁场的强度，透射谱呈现出理想带阻滤波器的特征，使其具备带阻滤波的功能。
这种多功能温度传感器利用温度对耦合强度的影响，进而影响输出光功率的变化，从而最终实现温度传感。
这种温度传感器成本低、使用方便，能提高温度传感的灵敏度，使得复杂环境下温度传感的应用得以实现。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.二氧化硅基底层 2.金属银纳米层 3-1.第一椭圆谐振腔 3-2.第二椭圆谐振腔 3-3.直波导管 4.入射光 5.出射光。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，包括基底层1和叠接在基底层1上面的金属银纳米层2，所述金属银纳米层2由其中部设有的直波导管3-3分成相等的两部分，直波导管3-3的两侧分别设有第一椭圆谐振腔3-1和第二椭圆谐振腔3-2，第一椭圆谐振腔3-1和第二椭圆谐振腔3-2均设有矩形孔径与直波导管3-3连通构成直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构，腔体结构中填充乙醇形成乙醇绝缘层，使得乙醇绝缘层及其两侧的银纳米层构成的银纳米层-乙醇层-银纳米层的主波导结构为金属-介质-金属波导的表面等离子共振结构。
所述第一椭圆谐振腔3-1和第二椭圆谐振腔3-2设在直波导管3-3两侧的位置为非对称位置。
所述第一椭圆谐振腔3-1和第二椭圆谐振腔3-2的高度均与银纳米层2的厚度相等。
所述基底层1为二氧化硅层。
二氧化硅基底层1通过溶胶-凝胶工艺制作，进而确保基底具有良好的缓冲特性。
金属银纳米层2首先被沉积在二氧化硅基底层1上，并采用聚焦离子束在金属银纳米层2的中部刻蚀出直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构并填充乙醇形成乙醇绝缘层。
乙醇具有较高的热光系数，热光吸收效率较高，是理想的温度感应材料，通过毛细管吸引力将乙醇填充进直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构中，并采用透明介质将乙醇密封在连通腔体结构中。
入射光4通过光纤耦合从乙醇绝缘层一侧以任意角度进入乙醇绝缘层，并通过矩形孔径使得椭圆谐振腔和直波导发生耦合，出射光5从乙醇绝缘层的另一侧射出，采用光功率计对连通腔体结构中的温度变化前后的输出光的功率进行计算，从而实现对连通腔体结构中温度变化的检测。
金属银较其它金属具有更低的能量损耗，使得银纳米层的整体能量损耗较低，而且，温度对银的光学性质影响较小。
乙醇作为感应材料，将温度的变化量，转变为折射率的变化量，进而影响耦合强度。
本例中的多功能温度传感器可以采用不断增加非对称设置的第一椭圆谐振腔3-1和第二椭圆谐振腔3-2内耦合磁场的强度，透射谱呈现出理想带阻滤波器的特征，使其具备带阻滤波的功能。
这种多功能温度传感器利用温度对耦合强度的影响，进而影响输出光功率的变化，从而最终实现温度传感。
Claims (4)
1.一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，其特征是，包括基底层和叠接在基底层上面的金属银纳米层，所述金属银纳米层由其中部设有的直波导管分成相等的两部分，直波导管的两侧分别设有第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔，第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔均设有矩形孔径与直波导管连通构成直波导管、矩形孔径和椭圆谐振腔的连通腔体结构，腔体结构中填充乙醇形成乙醇绝缘层，使得乙醇绝缘层及其两侧的银纳米层构成的银纳米层-乙醇层-银纳米层的主波导结构为金属-介质-金属波导的表面等离子共振结构。
2.根据权利要求1所述的基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，其特征是，所述第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔设在直波导管两侧的位置为非对称位置。
3.根据权利要求1所述的基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，其特征是，所述第一椭圆谐振腔和第二椭圆谐振腔的高度均与银纳米层的厚度相等。
4.根据权利要求1所述的基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器，其特征是，所述基底层为二氧化硅层。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109799003A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-05-24 | 广西师范大学 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
| CN110261000A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-09-20 | 广西师范大学 | 一种基于Fano共振的温度传感器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0233310A2 (en) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | AT&T Corp. | Waveguide-containing communication and sensing systems |
| CN101598607A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-09 | 电子科技大学 | 一种高灵敏温度传感器 |
| CN206862524U (zh) * | 2017-05-24 | 2018-01-09 | 中国计量大学 | 一种基于双芯光纤的双测量传感器 |
| CN107860492A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-30 | 北京科技大学 | 一种基于spr的光子晶体光纤温度传感器 |
| CN208860498U (zh) * | 2018-09-29 | 2019-05-14 | 广西师范大学 | 一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器 |
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2018
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0233310A2 (en) * | 1986-02-21 | 1987-08-26 | AT&T Corp. | Waveguide-containing communication and sensing systems |
| CN101598607A (zh) * | 2009-07-03 | 2009-12-09 | 电子科技大学 | 一种高灵敏温度传感器 |
| CN206862524U (zh) * | 2017-05-24 | 2018-01-09 | 中国计量大学 | 一种基于双芯光纤的双测量传感器 |
| CN107860492A (zh) * | 2017-11-06 | 2018-03-30 | 北京科技大学 | 一种基于spr的光子晶体光纤温度传感器 |
| CN208860498U (zh) * | 2018-09-29 | 2019-05-14 | 广西师范大学 | 一种基于乙醇填充的非对称椭圆谐振腔的多功能温度传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TIESHENG WU等: "A nanometeric temperature sensor based on plasmonic waveguide with anethanol-sealed rectangular cavity", 《OPTICS COMMUNICATIONS》, vol. 339, pages 1 - 6, XP055600570, DOI: 10.1016/j.optcom.2014.11.064 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109799003A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-05-24 | 广西师范大学 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
| CN110261000A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-09-20 | 广西师范大学 | 一种基于Fano共振的温度传感器 |
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