CN109799003A - 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 - Google Patents
一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109799003A CN109799003A CN201910145669.2A CN201910145669A CN109799003A CN 109799003 A CN109799003 A CN 109799003A CN 201910145669 A CN201910145669 A CN 201910145669A CN 109799003 A CN109799003 A CN 109799003A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- cavity
- bragg grating
- metal layer
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于新型MIM布拉格光栅的温度传感器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的基底层1和金属层2，所述的金属层2的中部设有纳米腔3，纳米腔3的两个长边界线呈对称的S状，纳米腔3中设有感温介质，金属层2和纳米腔3构成新型MIM布拉格光栅。这种传感器不仅体积小、响应快、制备过程简单，而且还能提高灵敏度和Q值、减少半高全宽，从而实现生物、医学检测领域的纳米级传感。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术及传感领域，具体是一种基于新型MIM布拉格光栅的温度传感器。
背景技术
表面等离子体激元（SPPs）是与电子振荡相干耦合的电磁波，在电介质和金属之间的界面处传播，向两侧逐渐衰减。现在先进的加工技术允许制造亚波长光子设备，SPPs的使用为下一代光子集成电路的利用开辟了可能性。在光学传感领域，布拉格光纤光栅（FBG）已经过大量的研究并被广泛应用，作为传感器，具有有质量轻、体积小、便携、抗电磁干扰、精度不受光源强度影响，容易实现复用和分布式传感等优点，它可以应用于折射率、温度、应力、扭曲、压力、化学物质浓度等方面的测量。
《Journal of Applied Optics》刊载了“Temperature sensor based on surface
Bragg grating of side-polished fiber”一文，张勇等人提出的布拉格光栅温度传感器，
得到的温度灵敏度为。《Applied Optics》刊载了“Temperature sensor based
on surface plasmon resonance within selectively coated photonic crystal
fiber”一文，提出的在空气孔内壁涂上金属膜，得到的温度灵敏度。然而，目前，
尽管研究人员对灵敏度进行不断的提升，但是灵敏度仍然较低，同时传感器的制备方法过
于复杂，并且填充传感介质十分困难，难于满足大规模生产的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于新型MIM布拉格光栅的温度传感器。这种传感器不仅体积小、响应快、制备过程简单，而且还能提高灵敏度和Q值、减少半高全宽，从而实现生物、医学检测领域的纳米级传感。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于新型MIM布拉格光栅的温度传感器，与现有技术不同的是，包括自下而上顺序叠接的基底层和金属层，所述的金属层的中部设有纳米腔，纳米腔的两个长边界线呈对称的S状，纳米腔中设有感温介质，金属层和纳米腔构成新型MIM布拉格光栅。
所述基底层为二氧化硅。
所述的金属层为银。
所述纳米腔的内径大小可调。
所述感温介质为具有高热光系数的液体感温材料，如乙醇。
上述温度传感器是采用气相沉积法在二氧化硅基底层上沉积金属层，随后，通过刻蚀的方法在金属层中刻蚀出纳米腔。
入射光从纳米腔的一侧入射，从另一侧出射，入射光选用近红外波段光。
近红外波段的入射光由纳米腔的一侧入射时，由于纳米腔两侧为金属Ag，所以SPPs可以被典型的金属-介质-金属结构激发，SPPs沿着纳米腔的一侧向另一侧传播，在满足MIM波导中支持的基本TM模式时，SPPs将进一步往波导的另一侧传递，但是，当入射波长不满足基本TM模式时，SPPs则不被激发，光波截止于入射侧波导。
本技术方案中，谐振波长及透射率可以通过调节纳米腔的内径大小来进行相应的定量调节，从而达到光学滤波的性能，纳米腔中的感温介质可以是任意具有高热光系数的液体感温材料，由于液体感温材料的折射率与温度呈线性的关系，所以当环境温度的改变时，会导致感温材料的折射率改变，从而影响谐振条件。
上述温度传感器可以得到谐振波长与温度呈现线性关系，即随着温度的增加，谐振波长会发生红移。
在实际应用中，当纳米腔的结构参数固定时，由于环境温度的改变，会使得传感材料的折射率发生变化，进而影响谐振波长的变化，通过频谱仪测量谐振波长的移动量，然后可以精确的得到环境的温度变化量。
这种传感器通过改纳米腔的结构参数来改变传感器的谐振波长，从而实现该传感器的多波长工作的应用。
SPPs具有响应快、体积小的特性，所以上述传感器可以用于纳米量级的实时温度传感等领域。
这种传感器不仅体积小、响应快、制备过程简单，而且还能提高灵敏度和Q值、减少半高全宽，从而实现生物、医学检测领域的纳米级传感。
附图说明
图1为实施例的结构示意图。
图中，1.基底层 2.金属层 3.纳米腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，
一种基于新型MIM布拉格光栅的温度传感器，包括自下而上顺序叠接的基底层1和金属层2，所述的金属层2的中部设有纳米腔3，纳米腔3的两个长边界线呈对称的S状，纳米腔3中设有感温介质，金属层2和纳米腔3构成新型MIM布拉格光栅。
所述基底层1为二氧化硅。
所述的金属层2为银。
所述纳米腔3的内径大小可调。
所述感温介质为具有高热光系数的液体感温材料，本例为乙醇。
上述温度传感器是采用气相沉积法在二氧化硅基底层1上沉积金属层2，随后，通过刻蚀的方法在金属层2中刻蚀出纳米腔3。
入射光从纳米腔3的一侧入射，从另一侧出射，入射光选用近红外波段光。
近红外波段的入射光由纳米腔3的一侧入射时，由于纳米腔3两侧为金属Ag，所以SPPs可以被典型的金属-介质-金属结构激发，SPPs沿着纳米腔3的一侧向另一侧传播，在满足MIM波导中支持的基本TM模式时，SPPs将进一步往波导3的另一侧传递，但是，当入射波长不满足基本TM模式时，SPPs则不被激发，光波截止于入射侧波导。
本例中，谐振波长及透射率可以通过调节纳米腔3的内径大小来进行相应的定量调节，从而达到光学滤波的性能，纳米腔3中的感温介质可以是任意具有高热光系数的液体感温材料，由于液体感温材料的折射率与温度呈线性的关系，所以当环境温度的改变时，会导致感温材料的折射率改变，从而影响谐振条件。
本例温度传感器可以得到谐振波长与温度呈现线性关系，即随着温度的增加，谐振波长会发生红移。
在实际应用中，当纳米腔3的结构参数固定时，由于环境温度的改变，会使得传感材料的折射率发生变化，进而影响谐振波长的变化，通过频谱仪测量谐振波长的移动量，然后可以精确的得到环境的温度变化量。
Claims (2)
1.一种基于新型MIM布拉格光栅的温度传感器，其特征是，包括自下而上顺序叠接的基底层1和金属层2，所述的金属层2的中部设有纳米腔3，纳米腔3的两个长边界线呈对称的S状，纳米腔3中设有感温介质，金属层2和纳米腔3构成新型MIM布拉格光栅。
2.根据权利要求1所述的基于新型布拉格光栅的MIM温度传感器，其特征是，所述纳米腔3的内径大小可调。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910145669.2A CN109799003A (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910145669.2A CN109799003A (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109799003A true CN109799003A (zh) | 2019-05-24 |
Family
ID=66561318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910145669.2A Pending CN109799003A (zh) | 2019-02-27 | 2019-02-27 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109799003A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721665A (zh) * | 2012-05-16 | 2012-10-10 | 暨南大学 | 一种微纳光纤光栅折射率传感器 |
| CN102829893A (zh) * | 2012-09-20 | 2012-12-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种通过腐蚀得到不同直径光纤光栅来同时测量温度和应力的方法 |
| CN103105638A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-05-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 闪耀凹面全息光栅分区反应离子束的刻蚀方法 |
| CN106959551A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示装置及其驱动方法 |
| CN207424296U (zh) * | 2017-07-21 | 2018-05-29 | 南京邮电大学 | 一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器 |
| CN108519352A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-11 | 南京邮电大学 | 一种基于金属-介质-金属波导布拉格光栅的折射率传感器 |
| CN109269668A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-25 | 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 |
| CN209470789U (zh) * | 2019-02-27 | 2019-10-08 | 广西师范大学 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
-
2019
- 2019-02-27 CN CN201910145669.2A patent/CN109799003A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721665A (zh) * | 2012-05-16 | 2012-10-10 | 暨南大学 | 一种微纳光纤光栅折射率传感器 |
| CN102829893A (zh) * | 2012-09-20 | 2012-12-19 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种通过腐蚀得到不同直径光纤光栅来同时测量温度和应力的方法 |
| CN103105638A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-05-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 闪耀凹面全息光栅分区反应离子束的刻蚀方法 |
| CN106959551A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示装置及其驱动方法 |
| CN207424296U (zh) * | 2017-07-21 | 2018-05-29 | 南京邮电大学 | 一种金属-介质-金属波导布拉格光栅模式滤波器 |
| CN108519352A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-11 | 南京邮电大学 | 一种基于金属-介质-金属波导布拉格光栅的折射率传感器 |
| CN109269668A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-25 | 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 |
| CN209470789U (zh) * | 2019-02-27 | 2019-10-08 | 广西师范大学 | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| CHRISTOPHER V. POULTON, ET AL,: "Channel add–drop filter based on dual photonic crystal cavities in push–pull mode", 《 OPT. LETT. 》, vol. 40, pages 4206 - 4209 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hu et al. | Fiber optic SPR sensor for refractive index and temperature measurement based on MMF-FBG-MMF structure | |
| Butt et al. | Plasmonics: A necessity in the field of sensing-a review | |
| CN110132894B (zh) | 一种温度补偿的光子晶体光纤甲烷传感装置 | |
| Pi et al. | Design of a mid-infrared suspended chalcogenide/silica-on-silicon slot-waveguide spectroscopic gas sensor with enhanced light-gas interaction effect | |
| Tan et al. | Carbon-nanotube-deposited long period fiber grating for continuous refractive index sensor applications | |
| Luan et al. | A hollow-core photonic crystal fiber-based SPR sensor with large detection range | |
| Tong et al. | Three-core photonic crystal fiber surface plasmon resonance sensor | |
| CN105445491B (zh) | 一种基于微谐振腔的热线式高灵敏度流速计 | |
| CN112881339A (zh) | 基于Fano共振的侧边耦合波导谐振腔的溶液浓度传感器 | |
| Liang et al. | Bimodal waveguide interferometer RI sensor fabricated on low-cost polymer platform | |
| Arasu et al. | Fiber Bragg grating based surface plasmon resonance sensor utilizing FDTD for alcohol detection applications | |
| Kong et al. | Micro-lab on tip: High-performance dual-channel surface plasmon resonance sensor integrated on fiber-optic end facet | |
| CN110261000A (zh) | 一种基于Fano共振的温度传感器 | |
| Yu et al. | Plasmonic enhanced fluorescence spectroscopy using side-polished microstructured optical fiber | |
| CN208206334U (zh) | 一种由石墨烯修正的高灵敏度表面等离子谐振腔传感器 | |
| Teng et al. | Investigation of U-shape tapered plastic optical fibers based surface plasmon resonance sensor for RI sensing | |
| Selvendran et al. | A novel surface plasmon based photonic crystal fiber sensor | |
| CN111693492A (zh) | 一个基于微纳光纤多环谐振器的超快呼吸湿度传感器及制备方法 | |
| CN209470789U (zh) | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 | |
| Wang et al. | High sensitivity cascaded helical-core fiber SPR sensors | |
| Zhao et al. | Ultra-Short Fiber Bragg Grating Composed of Cascaded Microchannels in a Microprobe for Refractive Index Measurement | |
| CN110926666B (zh) | 一种基于表面等离子激元晶格共振的压力传感器件 | |
| CN111307763B (zh) | 中空双芯内外薄包层表面双侧镀膜pcf-spr探针 | |
| CN208833397U (zh) | 一种基于混合等离子体波导的温度传感器 | |
| CN109799003A (zh) | 一种基于新型mim布拉格光栅的温度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |