一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，包括一个直线信道波导、两个闭合跑道型波导和一个断口跑道型波导；两个闭合跑道型波导位于直线信道波导同侧，且每个所述闭合跑道型波导均包括第一上直道段和第一下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一上直道段均与直线信道波导耦合；所述断口跑道型波导包括第二上直道段和第二下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一下直道段均与第二上直道段耦合，形成两段下耦合区域；且第二上直道段中位于两段下耦合区域之间的部分设置有断口。本发明专利技术使用时，输入的光在传感器中经过不同的路径，最终在输出端干涉从而形成尖锐的Fano线形，实现高灵敏度，高品质因子，低误差的液体折射率检测功能。

A Fano Refractive Index Sensor Based on Runway Microring Resonator

【技术实现步骤摘要】
一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器
本专利技术涉及一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，属于光传感的

技术介绍
SOI光学传感器有许多的优势，例如响应速度快、稳定性高、防电磁干扰、低损耗、结构紧凑等，已经被应用到许多领域，例如药物分析、食品安全检控、环境监测等方面。SOI传感器有许多类型，例如光子晶体传感器、马赫泽德传感器、微环谐振器传感器。其中微环谐振器传感器具有结构紧凑、尺寸小，制作工艺简单，可以与很多集成光学器件级联，更易实现集成的优点。同时，灵敏度和品质因子是判断微环谐振传感器质量的两个非常重要的因素，现有技术的微环谐振传感器灵敏度和品质因子已达到瓶颈阶段，需要进一步的提升，满足更高的使用要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，具备高品质因子和高灵敏度，同时集成化和小型化。技术方案：本专利技术提出一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，包括一个直线信道波导、两个闭合跑道型波导和一个断口跑道型波导；两个闭合跑道型波导位于直线信道波导同侧，且每个所述闭合跑道型波导均包括平行的第一上直道段和第一下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一上直道段均与直线信道波导耦合，形成两段上耦合区域；所述断口跑道型波导包括平行的第二上直道段和第二下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一下直道段均与第二上直道段耦合，形成两段下耦合区域；且第二上直道段中位于两段下耦合区域之间的部分设置有断口。进一步，所述直线信道波导、闭合跑道型波导和断口跑道型波导均为光栅结构。进一步，所述直线信道波导、闭合跑道型波导和断口跑道型波导的光栅结构的构造相同。进一步，所述上耦合区域和下耦合区域的耦合间距均相同。进一步，所述直线信道波导两端的输入端和输出端设置有渐变结构。进一步，所述直线信道波导、闭合跑道型波导和断口跑道型波导的材质均为SOI。进一步，两个所述闭合跑道型波导的形状尺寸相同。有益效果：1、本专利技术基于微环谐振器，结构紧凑，有效减小了整体器件的体积；2、本专利技术采用全光栅结构，增强了解析物与传感器之间的相互作用，从而使传感器灵敏度有很大提升；输入的光在传感器中经过不同的路径，最终在输出端干涉从而形成尖锐的Fano线形，实现高灵敏度，高品质因子，低误差的液体折射率检测功能。附图说明图1为本专利技术的基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器中光传输路径解析示意图；图2为本专利技术的立体结构示意图；图3为直线信道波导的结构图；图4为本专利技术的基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器中光传输路径1的示意图；图5为路径1的光在b0处的传输谱线图；图6为本专利技术的基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器中光传输路径2的示意图；图7为路径2的光在b0处的传输谱线图；图8为路径1的光和路径2的光在b0处各自的传输谱线图；图9为占空比为0.5，耦合间距为510nm下光在b0处的输出谱线图；图10为占空比为0.5，耦合间距为530nm下光在b0处的输出谱线图；图11为占空比为0.5，耦合间距为550nm下光在b0处的输出谱线图；图12为占空比为0.5下光在b0处的输出谱线图；图13为占空比为0.6下光在b0处的输出谱线图；图14为占空比为1下光在b0处的输出谱线图；图15为图12状态下的光在b0处随着折射率的变化而发生的谱线偏移图；图16为图13状态下的光在b0处随着折射率的变化而发生的谱线偏移图；图17为图14状态下的光在b0处随着折射率的变化而发生的谱线偏移图；图18为直线信道波导的传输光谱示意图；图19为谐振波长和折射率改变之间的关系图。具体实施方式本专利技术的一个实施例，如图1和图2所示，一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，包括一个直线信道波导、两个闭合跑道型波导和一个断口跑道型波导。所述直线信道波导、闭合跑道型波导和断口跑道型波导均为SOI材质的光栅结构，且光栅结构均相同。如图3所示，直线信道波导的结构图，直线信道波导两端的输入端和输出端设置有渐变结构，减少耦合损耗。两个闭合跑道型波导的形状尺寸相同，位于直线信道波导同侧，且每个所述闭合跑道型波导均包括平行的第一上直道段和第一下直道段，第一上直道段和第一下直道段的长度均为L。每个所述闭合跑道型波导的第一上直道段均与直线信道波导耦合，形成两段上耦合区域。每个所述闭合跑道型波导还包括两段连接在第一上直道段和第一下直道段之间的第一圆弧跑道段，且第一圆弧跑道段为180°圆弧，半径为R。所述断口跑道型波导包括平行的第二上直道段和第二下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一下直道段均与第二上直道段耦合，形成两段下耦合区域；且第二上直道段位于两段下耦合区域之间的部分设置有断口。断口跑道型波导还包括两段连接在第一上直道段和第一下直道段之间的第二圆弧跑道段，第二圆弧跑道段为180°圆弧，半径为R。两个闭合跑道型波导左右布置，左侧闭合跑道型波导的第一上直道段的两端点依次为a0,b1；左侧闭合跑道型波导的第一下直道段的左侧端点为b2；右侧闭合跑道型波导的第一上直道段的两端点依次为a1,b0；右侧闭合跑道型波导的第一上直道段的右侧端点为a2。入射光从直线信道波导的左侧输入，进入直线信道波导与左侧闭合跑道型波导的第一上直道段的耦合区域，然后光分为两个路径：其中一部分光沿左侧闭合跑道型波导环绕一周，继续沿着直线信道波导传输；然后进入直线信道波导与右侧闭合跑道型波导的第一上直道段的耦合区域，沿右侧闭合跑道型波导环绕一周，继续沿着直线信道波导传输，并从直线信道波导的右侧输出，该路径称为路径1；其中b1至a1的路径长为P1。另一部分进入左侧闭合跑道型波导的第一下直道段与断口跑道型波导的第二上直道段的耦合区域后，沿着断口跑道型波导传输；直至进入断口跑道型波导的第二上直道段与右侧闭合跑道型波导的第一下直道段的耦合区域后，沿着右侧闭合跑道型波导传输；直至进入右侧闭合跑道型波导与直线信道波导的第一上直道段的耦合区域后，继续沿着直线信道波导传输，并从直线信道波导的右侧输出，该路径称为路径2；其中b2至a2的路径长为P2。本实施例中光栅结构的波导的模式传输常数为β，模式损耗系数为α，虚数单位为j，因此对应的复传播常数为(β-jα)；因上耦合区域和下耦合区域的长度均为L，上耦合区域和下耦合区域的相位改变均为ψ＝L(β-jα)；圆弧跑道段的波导的相位改变为φ＝πR(β-jα)；上耦合区域和下耦合区域的耦合系数均为k；上耦合区域和下耦合区域的传输系数均为t。如图4所示，路径1的光从a0到b1的光传输，如公式1所示，其中，和分别是b1和a0监测点的光信号振幅强度路径1中，b1至a1部分波导的相位改变为ψ1＝P1(β-jα)，则b1至a1的传输方程为Q1＝exp(-jψ1)；则路径1的光在b0点的振幅如公式2所示由公式2，路径1的光在b0点的传输可分解为以下三部分其中第一部分的光传输是连续模式，而第二和第三部分的光传输是离散模式；公式2所对应得路径1的光在b0处的传输谱线图如图5所示。如图6所示，路径2的光从a0到b2的光传输，如公式3所示，其中，Eb2是b2监测点的光信号振幅强度路径2中，b2至a2部分波导的相位改变为ψ2＝P2(β-jα)，则b2至a2的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，其特征在于：包括一个直线信道波导、两个闭合跑道型波导和一个断口跑道型波导；两个闭合跑道型波导位于直线信道波导同侧，且每个所述闭合跑道型波导均包括平行的第一上直道段和第一下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一上直道段均与直线信道波导耦合，形成两段上耦合区域；所述断口跑道型波导包括平行的第二上直道段和第二下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一下直道段均与第二上直道段耦合，形成两段下耦合区域；且第二上直道段中位于两段下耦合区域之间的部分设置有断口。

【技术特征摘要】
1.一种基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，其特征在于：包括一个直线信道波导、两个闭合跑道型波导和一个断口跑道型波导；两个闭合跑道型波导位于直线信道波导同侧，且每个所述闭合跑道型波导均包括平行的第一上直道段和第一下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一上直道段均与直线信道波导耦合，形成两段上耦合区域；所述断口跑道型波导包括平行的第二上直道段和第二下直道段；每个所述闭合跑道型波导的第一下直道段均与第二上直道段耦合，形成两段下耦合区域；且第二上直道段中位于两段下耦合区域之间的部分设置有断口。2.根据权利要求1所述的基于跑道型微环谐振器的Fano折射率传感器，其特征在于：所述直线信道波导、闭合跑道型波导和断口跑道型波导均为光栅结构。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国华，温永娇，恽斌峰，张若虎，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32