一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器的制作方法

本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器。

背景技术：

磁场强度是基本物理量。对于不随时间而变化的直流磁场，传统采用力矩磁强计、磁通计、冲击检流计、旋转线圈磁强计、磁通门磁强计、霍尔效应磁强计等探测仪器。这些仪器磁场探测灵敏度低。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器，包括光源、光探测器、基底和置于基底上的第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部为贵金属薄膜，第一金属部与第二金属部分别具有相互平行的界面，第一金属部和第二金属部构成金属-介质-金属波导，第二金属部内设有空腔，空腔为矩形，矩形的边平行于金属-介质-金属波导，空腔内设有磁致伸缩材料，光源发出光，并耦合到金属-介质-金属波导，光探测器探测经过金属-介质-金属波导后的透射光。

更进一步地，空腔还包括两个突出部，两个突出部分别设置在空腔靠近金属-介质-金属波导一侧的两端。

更进一步地，第一金属部内设有第二空腔，第二空腔内设有磁致伸缩材料。

更进一步地，第二空腔置于空腔的中心部位。

更进一步地，空腔与金属-介质-金属波导的距离大于100纳米。

更进一步地，第二空腔与金属-介质-金属波导的距离大于100纳米。

更进一步地，贵金属薄膜的材料为金或银。

更进一步地，贵金属薄膜的厚度大于500纳米。

更进一步地，金属-介质-金属波导的宽度小于100纳米。

更进一步地，第一金属部与第二金属部的厚度相等。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器，包括光源、光探测器、基底和置于基底上的第一金属部和第二金属部，第一金属部和第二金属部为贵金属薄膜，第一金属部与第二金属部分别具有相互平行的界面，第一金属部和第二金属部构成金属-介质-金属波导，第二金属部内设有空腔，空腔为矩形，矩形的边平行于金属-介质-金属波导，空腔内设有磁致伸缩材料，光源发出光，并耦合到金属-介质-金属波导，光探测器探测经过金属-介质-金属波导后的透射光。在待测磁场作用下，磁致伸缩材料伸长，从而改变金属-介质-金属波导的宽度，从而改变金属-介质-金属波导的透射特性，通过测量该透射特性实现磁场探测。因为金属-介质-金属波导的透射特性严重地依赖于波导的宽度，所以本发明具有灵敏度高的优点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器的示意图。

图2是又一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器的示意图。

图3是又一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器的示意图。

图中：1、第一金属部；2、第二金属部；3、空腔；4、第二空腔。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于金属-介质-金属波导的磁场探测器。如图1所示，该基于金属-介质-金属波导的磁场探测器包括光源、光探测器、基底和置于基底上的第一金属部1和第二金属部2。第一金属部1和第二金属部2为贵金属薄膜。贵金属薄膜的材料为金或银。第一金属部1与第二金属部2分别具有相互平行的界面，第一金属部1和第二金属部2构成金属-介质-金属波导。第一金属部1与第二金属部2的厚度相等。贵金属薄膜的厚度大于500纳米，以将电磁波限制在金属-介质-金属波导内。第二金属部2内设有空腔3，空腔3为矩形，矩形的边平行于金属-介质-金属波导。空腔3内设有磁致伸缩材料。磁致伸缩材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。光源发出连续谱光，并耦合到金属-介质-金属波导，光耦合进入金属-介质-金属波导后，沿金属-介质-金属波导传播。光探测器探测经过金属-介质-金属波导后的透射光谱。

应用时，将金属-介质-金属波导置于待测环境中。在待测磁场作用下，磁致伸缩材料伸长，从而改变金属-介质-金属波导的宽度，从而改变金属-介质-金属波导的透射特性，通过测量该透射特性实现磁场探测。因为金属-介质-金属波导的透射特性严重地依赖于波导的宽度，所以本发明具有灵敏度高的优点。传统上，在波导附近设置谐振腔，通过改变谐振腔的波长实现相关物理量的测量。相对于传统方案，本发明通过改变波导的宽度实现相关物理量的探测，探测结果更灵敏。

更进一步地，空腔3与金属-介质-金属波导的距离大于100纳米，以防止金属-介质-金属波导内的电磁波耦合进入空腔3。

更进一步地，金属-介质-金属波导的宽度小于100纳米。这样一来，波导中传播的电磁波主要是基膜，分析金属-介质-金属波导的形貌对透射系数影响时，数据处理简单。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，空腔3还包括两个突出部，两个突出部分别设置在空腔3靠近金属-介质-金属波导一侧的两端，两个突出部内也设有磁致伸缩材料。也就是说，沿金属-介质-金属波导方向，在靠近金属-介质-金属波导一侧，空腔3的两端具有突出部。在空腔3的两头磁致伸缩材料多，并且在空腔3的两头距离金属-介质-金属波导近。这样一来，当磁致伸缩材料在磁场作用下伸长时，两头的磁致伸缩材料伸长更多，更多地改变金属-介质-金属波导的宽度，形成结构上的奇点，金属-介质-金属波导中的电磁波在两奇点间产生共振，也可以通过探测该共振波长实现磁场探测。在本实施例中，磁致伸缩材料改变了波导的宽度，从而改变了共振波长，相比于改变波导的长度以改变波导的共振波长，本实施例具有更高的灵敏度。

更进一步地，在沿金属-介质-金属波导方向，在远离金属-介质-金属波导一侧，空腔3的两端也具有突出部。这样一来，空腔3两端的磁致伸缩材料更多，在磁场作用下，空腔3两端的形变更大，更多地改变金属-介质-金属波导的宽度，在金属-介质-金属波导内的谐振腔中形成更强的共振。

实施例3

在实施例1或2的基础上，如图2所示，第一金属部1内设有第二空腔4，第二空腔4内设有磁致伸缩材料。第二空腔4内的磁致伸缩材料可以与空腔3中的磁致伸缩材料相同，也可以与空腔3中的磁致伸缩材料不同。但是，第二空腔4内的磁致伸缩材料在磁场作用下也伸长。第二空腔4置于空腔的中心部位。这样一来，在待测磁场的作用下，第二空腔4内的磁致伸缩材料伸长，从另外一个方向改变了空腔3中心部位对应的波导宽度，更多地改变了波导的透射系数，提高了探测的灵敏度。

更进一步地，第二空腔4与金属-介质-金属波导的距离大于100纳米，以防止金属-介质-金属波导内的电磁波耦合进入第二空腔4。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。