内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器

1.本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器属于微纳光电子技术领域。


背景技术：

2.表面等离子体激元是一种沿着金属与电介质分界面传播，并在分界面的垂直方向呈指数衰减的电磁倏逝波，具有突破传统衍射极限和电场约束等性能。
3.作为典型的基于表面等离子体的波导结构，金属-介质-金属结构具有对光高约束和易于制造等特点，因此，基于表面等离子体激元的金属-介质-金属结构被应用在了不同的光子元件中，如光开关、波分复用器、滤波器等。
4.目前，不同基于表面等离子体激元的金属-介质-金属结构的传感器被设计用于感知周围介质浓度，环境温度和折射率变化，并在此基础上设计出了高灵敏度和品质因子的传感器，如果将其用于压力传感，可以突破传统压力传感器结构复杂，体积大，测量范围不可调谐而影响其应用范围的问题。


技术实现要素：

5.为了实现上述目的，本发明公开了一种内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，该压力传感器结构简单，体积小，通过改变液晶的偏转角度即可改变传感器的传输特性，因此实现测量范围可调谐。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，由基底层、矩形金属层、直波导、等边三角形谐振腔和椭圆形金属块组成；所述基底层位于最下端，矩形金属层和直波导依次紧挨设置，并紧贴于基底层上方，所述等边三角形谐振腔位于矩形金属层上，椭圆形金属块位于等边三角形谐振腔上，圆心与等边三角形谐振腔重心重合。
8.上述内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，所述基底层选用硅材料，所述矩形金属层和椭圆形金属块选用银材料。
9.以上内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，所述矩形金属层的尺寸为1160nm
×
530nm
×
50nm，所述直波导的宽度w＝50nm，只有tm波在内部传播，所述等边三角形谐振腔的边长q＝484nm，所述椭圆形金属块的短轴a＝15nm，长轴b＝65nm，所述矩形金属层的上边缘到所述等边三角形谐振腔的距离c＝10nm，所述等边三角形谐振腔到所述直波导的距离g＝10nm。
10.以上内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，所述直波导和等边三角形谐振腔通过在矩形金属层上进行镂空操作实现；所述直波导内部填充空气；所述等边三角形谐振腔内部填充液晶。
11.有益效果：
12.第一、本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，只包括基底层、矩
形金属层、直波导、等边三角形谐振腔和椭圆形金属块五个零部件，相比于传统压力传感器，具有结构简单的技术优势。
13.第二、本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，各零部件的尺寸都在纳米级，相比于传统压力传感器，具有体积小的技术优势。
14.第三、本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，通过改变液晶的偏转角度即可改变传感器的传输特性，相比于传统压力传感器，具有传感特性可调谐的技术优势。
15.第四、本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，灵敏度可以达到2.23nm/mpa，相比于传统压力传感器，具有灵敏度高的技术优势。
16.第五、本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，正是由于其结构简单、体积小、传感特性可调谐、灵敏度高，因此未来可以应用于高度集成的光子芯片领域。
附图说明
17.图1为本发明内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器的结构示意图。
18.图2为椭圆形金属块短轴变化时的透射率曲线。
19.图3为等边三角形谐振腔底边压强变化时的透射率曲线。
20.图4为液晶偏转方向变化时的透射率曲线。
21.图中：1基底层、2矩形金属层、3直波导、4等边三角形谐振腔、5椭圆形金属块。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
23.具体实施方式一
24.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，结构示意图如图1所示，该压力传感器由基底层1、矩形金属层2、直波导3、等边三角形谐振腔4和椭圆形金属块5组成；所述基底层1位于最下端，矩形金属层2和直波导3依次紧挨设置，并紧贴于基底层1上方，所述等边三角形谐振腔4位于矩形金属层2上，椭圆形金属块5位于等边三角形谐振腔4上，圆心与等边三角形谐振腔4重心重合。
25.具体实施方式二
26.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，在具体实施方式一的基础上，进一步限定：所述基底层1选用硅材料，所述矩形金属层2和椭圆形金属块5选用银材料。
27.具体实施方式三
28.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，在具体实施方式一或具体实施方式二的基础上，进一步限定：所述矩形金属层2的尺寸为1160nm
×
530nm
×
50nm，所述直波导3的宽度w＝50nm，只有tm波在内部传播，所述等边三角形谐振腔4的边长q＝484nm，所述椭圆形金属块5的短轴a＝15nm，长轴b＝65nm，所述矩形金属层2的上边缘到所述等边三角形谐振腔4的距离c＝10nm，所述等边三角形谐振腔4到所述直波导3的距离g＝10nm。
29.具体实施方式四
30.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，在具体实施方式一、具体实施方式二或具体实施方式三的基础上，进一步限定：所述直波导3和等边三角形谐振腔4通过在矩形金属层2上进行镂空操作实现；所述直波导3内部填充空气；所述等边三角形谐振腔4内部填充液晶。
31.具体实施方式五
32.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，对椭圆形金属块5的短轴a进行仿真测试，当短轴的长度从15nm变化到35nm，透射率曲线的变化情况如图2所示，可以看出，在1000nm～1700nm范围内，随着a的增加，共振峰的透射率一定幅度的降低，同时出现红移现象，波形基本保持不变。
33.具体实施方式六
34.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，对等边三角形谐振腔4底边上的的压强进行仿真测试，当压强从0mpa变化到20mpa，透射率曲线的变化情况如图3所示，可以看出，在1000nm～1700nm范围内，随着压强的增加，共振峰的透射率有轻微的增加，同时出现蓝移现象，波形基本保持不变；基于图3，并根据灵敏度等于波长偏移量随压强改变的变化率，可以得到该压力传感器的灵敏度为2.23nm/mpa。
35.具体实施方式六
36.该具体实施方式下的内嵌椭圆的等边三角形谐振腔可调谐压力传感器，对液晶偏转角度进行仿真测试，当液晶的偏转角度从0
°
变化到90
°
，透射率曲线的变化情况如图4所示，可以看出，在1000nm～1700nm范围内，随着液晶偏转角度的增加，共振峰的透射率降低，同时出现明显的红移现象，波形基本保持不变；由于通过在三角形谐振腔上加交流电可以改变液晶的偏转方向，因此该压力传感器在结构参数固定的情况下，传感特性可调谐。