一维光子晶体以及基于一维光子晶体的双参量检测装置

本发明属于光子晶体传感，具体涉及一维光子晶体以及基于一维光子晶体的双参量检测装置。

背景技术：

1、不同浓度的氯化钠溶液可以模拟海水环境进行各种实验，方便研究绿色环保可以缓解海洋问题的产品，海水中的氯化钠浓度的测定对于海洋环境的检测和保护具有重要作用。而温度对氯化钠溶液折射率存在一定的影响，氯化钠溶液的溶解度与温度也具有一定关系，对氯化钠溶液及温度的监测可以帮助标定具体的溶液浓度，去除温度对溶液浓度测量的影响。

2、已有的测量方法为化学分析方法主要依靠化学反应和物质的计量关系来确定被测液体的浓度，流程较为复杂，工作量较多。物理方法有光学传感方法、微波传感方法、超声波测量方法等。但是这类传感方法受样品特性、测量环境、实验条件等因素的影响较大，微波传感方法受环境温度和被测物质温度影响较大，超声波测量方法试用频率范围较小，对于低浓度情况较难分辨。本文设计的一维光子晶体以及基于一维光子晶体的双参量检测装置可以对温度及溶液浓度进行同时测量，通过公式反演消除温度的影响，对溶液中氯化钠含量的准确标定具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一维光子晶体以及基于一维光子晶体的双参量检测装置，能够对温度及氯化钠溶液浓度进行同时测量，通过公式反演消除温度的影响，对溶液中氯化钠含量进行准确标定。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一维光子晶体，一维光子晶体为层状结构，包括第一介电材料层、第二介电材料层以及氯化钠溶液缺陷层；所述氯化钠溶液缺陷层的每一侧均设置有所述第一介电材料层与所述第二介电材料层，所述第一介电材料层与所述第二介电材料层依次交替设置并向所述氯化钠溶液缺陷层两侧的方向延伸，所述氯化钠溶液缺陷层一侧与所述第一介电材料层相邻，另一侧与所述第二介电材料层相邻，所述氯化钠溶液缺陷层每一侧的所述第一介电材料层与所述第二介电材料层的层数相同，所述氯化钠溶液缺陷层两侧的所述第一介电材料层与所述第二介电材料层的总层数相同。

4、进一步地，所述氯化钠溶液缺陷层是由所述第一介电材料层和所述第二介电材料层所围设形成的容置空腔，用于注入氯化钠溶液。

5、进一步地，所述氯化钠溶液缺陷层的厚度为365nm。

6、进一步地，，所述第一介电材料层为磷酸二氢钾晶体层。

7、进一步地，所述第一介电材料层的折射率为1.53。

8、进一步地，所述第二介电材料层为二氧化钛层。

9、进一步地，所述第一介电材料层的折射率为2.49，中央波长为1000nm。

10、基于一维光子晶体的双参量检测装置，包括矢量网络分析仪、信号发射端、信号接收端以及所述一维光子晶体，所述矢量网络分析仪通过导线连接有所述信号发射端和所述信号接收端，所述一维光子晶体设置在所述信号发射端、所述信号接收端之间。

11、进一步地，氯化钠溶液浓度与缺陷峰峰位的关系为：

12、s＝1.771λ-1753

13、其中，s为氯化钠溶液浓度，λ为缺陷模波峰位置的波长。

14、进一步地，一维光子晶体中的第一介电材料层的折射率与温度成线性关系为：

15、n＝a-bt

16、其中，a＝1.4780，b＝3.5952*10-4，t表示温度，n表示折射率。

17、本发明的有益效果：

18、1、本发明能够对温度及氯化钠溶液浓度进行同时测量，测量出不同温度以及浓度下在缺陷层中形成的缺陷峰，以及测量出对应的缺陷峰所处频率，通过对不同频率的反演，可以得到对应氯化钠溶液浓度以及环境温度。

19、2、该测量装置相比大多数单一测量传感器，考虑了温度对溶液浓度的影响，能够有效提高测量灵敏度，准确度，可以进行实时检测，不受电磁干扰。

技术特征：

1.一维光子晶体，一维光子晶体为层状结构，其特征在于，包括第一介电材料层(11)、第二介电材料层(12)以及氯化钠溶液缺陷层(13)；所述氯化钠溶液缺陷层(13)的每一侧均设置有所述第一介电材料层(11)与所述第二介电材料层(12)，所述第一介电材料层(11)与所述第二介电材料层(12)依次交替设置并向所述氯化钠溶液缺陷层(13)两侧的方向延伸，所述氯化钠溶液缺陷层(13)一侧与所述第一介电材料层(11)相邻，另一侧与所述第二介电材料层(12)相邻，所述氯化钠溶液缺陷层(13)每一侧的所述第一介电材料层(11)与所述第二介电材料层(12)的层数相同，所述氯化钠溶液缺陷层(13)两侧的所述第一介电材料层(11)与所述第二介电材料层(12)的总层数相同。

2.根据权利要求1所述的一维光子晶体，其特征在于，所述氯化钠溶液缺陷层(13)是由所述第一介电材料层(11)和所述第二介电材料层(12)所围设形成的容置空腔，用于注入氯化钠溶液。

3.根据权利要求1所述的一维光子晶体，其特征在于，所述氯化钠溶液缺陷层(13)的厚度为365nm。

4.根据权利要求1所述的一维光子晶体，其特征在于，所述第一介电材料层(11)为磷酸二氢钾晶体层。

5.根据权利要求1所述的一维光子晶体，其特征在于，所述第一介电材料层(11)的折射率为1.53。

6.根据权利要求1所述的一维光子晶体，其特征在于，所述第二介电材料层(12)为二氧化钛层。

7.根据权利要求1所述的一维光子晶体，其特征在于，所述第一介电材料层(11)的折射率为2.49，中央波长为1000nm。

8.基于一维光子晶体的双参量检测装置，包括矢量网络分析仪(2)、信号发射端(21)、信号接收端(22)以及如权利要求1-7任一所述的一维光子晶体，其特征在于，所述矢量网络分析仪(2)通过导线连接有所述信号发射端(21)和所述信号接收端(22)，所述一维光子晶体设置在所述信号发射端(21)、所述信号接收端(22)之间。

9.根据权利要求8所述的基于一维光子晶体的双参量检测装置，其特征在于，氯化钠溶液浓度与缺陷峰峰位的关系为：

10.根据权利要求8所述的基于一维光子晶体的双参量检测装置，其特征在于，一维光子晶体中的第一介电材料层的折射率与温度成线性关系为：

技术总结
本发明属于光子晶体传感技术领域，涉及一维光子晶体以及基于一维光子晶体的双参量检测装置，所述一维光子晶体包括第一介电材料层、第二介电材料层和氯化钠溶液缺陷层，所述氯化钠溶液缺陷层为由第一介电材料层和第二介电材料层围设形成的容置空间，氯化钠溶液缺陷层的两侧分别设置第一介电材料层和第二介电材料层，所述第一介电材料层和第二介电材料层交替设置在所述氯化钠溶液缺陷层上两侧并向氯化钠溶液缺陷层两侧的方向延伸。所述一维光子晶体与矢量网络分析仪配合，能够对温度及氯化钠溶液浓度进行同时测量，通过公式反演消除温度的影响，对溶液中氯化钠含量进行准确标定。

技术研发人员：许丽雯,梅永,朱飞宏
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14