一种基于Bloch表面波的气体传感器及光学检测方法与流程

本发明实施例涉及光学传感，尤其涉及一种基于bloch表面波的气体传感器及光学检测方法。

背景技术：

1、光传感技术的发展和应用已逐渐成为现代信息技术的支柱。近年来，光学传感器在临床诊断、医疗保健、安全工程、生命科学、mems以及国土安全等诸多领域有着广泛的潜在应用，且具有抗电磁干扰、多路检测、远程传感等优点。

2、一般地，光学传感器分为两种检测方式：一种是荧光标记检测，另一种是无标记检测。在基于荧光标记的检测方式中，靶向分子可能会受到标记的影响，并且由于每个分子上的荧光团数量无法精确控制，从而导致定量分析非常困难。无标记检测中，市场上应用最多的是基于表面等离子体共振(surface plasmon resonance,spr)的传感器。spr是基于表面等离子波(surface plasmon wave,spw)的一种物理光学效应，通常产生于金属层和介电层之间，当入射光的波矢与spw的波矢相匹配时，引发了金属薄膜内自由电子产生共振，但是spw是由金属的性质决定不能任意调节，并且由于金属的性质会产生大量的吸收损耗，这也限制了spr传感器性能的进一步改进。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于bloch表面波的气体传感器及光学检测方法，避免标记检测对待测溶液的影响，提高传感灵敏度和品质因子。

2、第一方面，本发明实施例提供一种基于bloch表面波的气体传感器，包括：依次层叠的缓冲层、周期性光子晶体结构和棱镜单元；所述缓冲层与待测气体接触；其中，所述周期性光子晶体结构为42％的多孔硅和68％的多孔硅组成的交替排列的周期结构。

3、可选的，所述周期性光子晶体结构中所述周期结构的周期数为7。

4、可选的，所述42％的多孔硅的折射率为2.05，厚度为142nm。

5、可选的，所述68％的多孔硅的折射率为1.56，厚度为260nm。

6、可选的，所述缓冲层为硫化锌层。

7、可选的，所述硫化锌层的折射率为2.28，厚度为206nm。

8、可选的，所述棱镜单元为bk7棱镜，所述bk7棱镜的折射率为1.457。

9、第一方面，本发明实施例提供一种光学检测方法，由基于bloch表面波的气体传感器测量，所述气体传感器包括：依次层叠的缓冲层、周期性光子晶体结构和棱镜单元；

10、所述方法包括：

11、将探测光以预设入射角从所述棱镜单元射入；

12、测量所述棱镜单元的反射信号光，并根据所述反射信号光的变化分析所述待测气体的传感参量。

13、可选的，所述预设入射角为67.5deg。

14、可选的，所述探测光的波长范围为1390nm-1500nm。

15、本发明实施例通过依次层叠的缓冲层、周期性光子晶体结构和棱镜单元，利用周期性光子晶体结构激发布洛赫表面波，在反射的光谱中表现为一尖锐的共振峰。缓冲层一侧设置不同的待测气体，可以实现对其进行高灵敏检测分析。不同种气体或者不同浓度的同种气体折射率均有轻微差别，因布洛赫表面波的强局域性，待测气体折射率的轻微变化将引起反射谱共振峰的共振位置发生较大偏移。因此，通过探究探测光与反射信号光的光谱之间的关系，即，反射的光谱中的尖锐共振峰对待测气体作出的响应，通过检测共振峰位置的偏移量来实现对待测气体的无标记检测，从而避免标记检测对待测气体带来的影响，提高传感灵敏度和品质因子。

技术特征：

1.一种基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，包括：依次层叠的缓冲层、周期性光子晶体结构和棱镜单元；所述缓冲层与待测气体接触；其中，所述周期性光子晶体结构为42％的多孔硅和68％的多孔硅组成的交替排列的周期结构。

2.根据权利要求1所述的基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，所述周期性光子晶体结构中所述周期结构的周期数为7。

3.根据权利要求1所述的基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，所述42％的多孔硅的折射率为2.05，厚度为142nm。

4.根据权利要求1所述的基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，所述68％的多孔硅的折射率为1.56，厚度为260nm。

5.根据权利要求1所述的基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，所述缓冲层为硫化锌层。

6.根据权利要求5所述的基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，所述硫化锌层的折射率为2.28，厚度为206nm。

7.根据权利要求1所述的基于bloch表面波的气体传感器，其特征在于，所述棱镜单元为bk7棱镜，所述bk7棱镜的折射率为1.457。

8.一种光学检测方法，由基于bloch表面波的气体传感器测量，其特征在于，所述气体传感器包括：依次层叠的缓冲层、周期性光子晶体结构和棱镜单元；

9.根据权利要求8所述的光学检测方法，其特征在于，所述预设入射角为67.5deg。

10.根据权利要求8所述的光学检测方法，其特征在于，所述探测光的波长范围为1390nm-1500nm。

技术总结
本发明公开了一种基于Bloch表面波的气体传感器及光学检测方法。包括：依次层叠的缓冲层、周期性光子晶体结构和棱镜单元；所述缓冲层与待测气体接触；其中，所述周期性光子晶体结构为42％的多孔硅和68％的多孔硅组成的交替排列的周期结构。利用周期性光子晶体结构激发布洛赫表面波，通过检测共振峰位置的偏移量来实现对待测气体的无标记检测，从而避免标记检测对待测溶液的影响，提高传感灵敏度和品质因子。

技术研发人员：全雪,费跃,葛斌,王焕焕,陈思奇,范文轩,刘子仪,蔡金东
受保护的技术使用者：常州元晶摩尔微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4