， 在第一禪合微腔3对应的谐振波长、处激发侧向第一禪合微腔3发生谐振，总线波导的输出 光谱上就会出现与、对应的满足洛伦兹线型的谐振波谷：
[0043] 式（1)中，Tl为经过第一禪合微腔3后的透射系数，Al为归一化系数，Al为侧向第一 禪合微腔3的谐振波长，Afwhmi为侧向第一禪合微腔3的谐振半极大全宽度，A为入射波长。
[0044] 同理，输入光信号在总线波导中传输时通过倏逝场效应与第二禪合微腔4相禪合， 在第二禪合微腔4对应的谐振波长A2处激发第二禪合微腔4发生谐振，连接波导的输出光谱 上就会出现与A2对应的满足洛伦兹线型的谐振波谷：
[0046]式(2)中，T2为经过侧向第二禪合微腔4后的透射系数，A2为归一化系数，A2为侧向 第二禪合微腔4的谐振波长，Afwhm2为侧向第二禪合微腔4的谐振半极大全宽度，A为入射波 长。
[0047]由于第一禪合微腔3、第二禪合微腔4通过总线波导而形成级联，输入光信号再通 过整个级联侧向禪合微腔组成的传感单元在光谱仪上所得到的总透射系数T应为Tl与T2的 乘积：
[004引 T = TiXTs (3)
[0049] 即在光谱仪上得到的输出光谱上会包含与、和A2相对应的两处谐振波谷。
[0050] 谐振波长Al和A2会随所处待测物质的溫度和折射率的变化而变化，其变化关系满 足：
[0052] 其中A Al和A A2为两处谐振波谷的波长漂移量，St,cavl和Sn,cavl为侧向第一禪合微 腔的溫度和折射率灵敏度，St, eav2和Sn, eav2为侧向第二禪合微腔的溫度和折射率灵敏度，A T 和A n为待测物质的溫度和折射率变化量。
[0053] 通过W上数学关系，在利用光谱仪测得输出光谱中两处谐振波谷的波长漂移量 后，就可W求解计算得到待测物质的溫度和折射率：
[0化5] 实施例1:
[0056] 本实施例中，总线波导为高度为220nm的SOI集成平面光波导，第一禪合微腔和第 二禪合微腔均为高度为220nm的SOI-维光子晶体纳米梁腔。第一禪合微腔的具体结构如图 2 (a)所示，连接波导宽度Wwavei为330nm，禪合区间隔gi为600nm，微腔宽度自中间向左右两端 按与中屯、距离的平方呈逐步递减，其中中屯、微腔宽度Wcenter为700nm，边缘微腔宽度Wend为 500nm，一维周期性圆孔中屯、距即一维周期常数ai为420加1，圆孔半径均为125加1，圆孔总数 为37个，圆孔刻蚀深度为220nm。第二禪合微腔的具体结构如图2(b)所示，总线波导宽度 Wwave2为420nm，禪合区间隔g2为400nm，微腔宽度Wcav为700nm，一维周期性圆孔中屯、距即一维 周期常数曰2为340nm，圆孔半径大小自中间向左右两端按与中屯、距离的平方呈逐步递减，其 中中屯、处最大圆孔半径为125加1，两端最小圆孔半径为85加1，圆孔总数为38个，圆孔刻蚀深 度为220nm。图3是基于级联禪合微腔的溫度折射率双参数传感器的输出光谱响应。
[0057] 因为第一禪合微腔的光场能量在待测物质中的分布占比较大，因此具有相对更高 的折射率响应灵敏度;第二禪合微腔的光场能量在忍层物质中的分布占比较大，因此具有 相对更高的溫度响应灵敏度。图4(a)和图4(b)分别是谐振波长随待测物质溫度变化示意图 和谐振波长随待测物质折射率变化示意图。通过线性拟合得到的灵敏度为St, Eavl = 0.0 l 2nm/°C，Sn, cavi = 274nm/RIU; St, cavi = 0.052nm/°C，Sn, cavi = 120nm/RIU。
【主权项】
1. 一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特征在于包括宽带光源、总 线波导、第一耦合微腔、第二耦合微腔和光探测器;且宽带光源、总线波导、第一耦合微腔、 第二耦合微腔和光探测器自左向右依次耦合连接，第一耦合微腔、第二耦合微腔设置在总 线波导的同一侧，且通过倏逝场效应分别与总线波导相耦合。2. 如权利要求1所述的一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特征在 于所述的宽带光源采用外接的发光二极管。3. 如权利要求1所述的一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特征在 于所述的总线波导为单模传输平面集成光波导。4. 如权利要求1所述的一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特征在 于所述的光探测器为外接的光谱仪，用于测量最终输出光的光谱响应。5. 如权利要求1所述的一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特征在 于所述的第一耦合微腔、第二耦合微腔均与待测物质直接接触，且均为一维光子晶体纳米 梁腔。6. 如权利要求1所述的一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特征在 于将第一耦合微腔、第二耦合微腔共同组成的传感单元放入到待测物质环境中进行传感测 量时，输入光信号在总线波导中传输时通过倏逝场效应与第一耦合微腔相耦合，在第一耦 合微腔对应的谐振波长心处激发侧向第一耦合微腔发生谐振，总线波导的输出光谱上就会 出现与A 1对应的满足洛伦兹线型的谐振波谷：式（1)中，T1为经过第一耦合微腔后的透射系数,A1为归一化系数A1为侧向第一耦合微 腔的谐振波长，λ?_为侧向第一耦合微腔的谐振半极大全宽度，λ为入射波长； 同理，输入光信号在总线波导中传输时通过倏逝场效应与第二耦合微腔相耦合，在第 二耦合微腔对应的谐振波长λ2处激发第二耦合微腔发生谐振，连接波导的输出光谱上就会 出现与λ2对应的满足洛伦兹线型的谐振波谷：式(2)中，T2为经过侧向第二耦合微腔后的透射系数，A2为归一化系数，λ2为侧向第二耦 合微腔的谐振波长，λ??2*侧向第二耦合微腔的谐振半极大全宽度，λ为入射波长。7. 如权利要求1或6所述的一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，其特 征在于第一耦合微腔、第二耦合微腔通过总线波导形成级联，输入光信号再通过整个级联 侧向耦合微腔组成的传感单元在光谱仪上所得到的总透射系数T应为!^与!^的乘积： T = TiXT2 (3) 即在光谱仪上得到的输出光谱上会包含与λ#Ρλ2相对应的两处谐振波谷； 同时谐振波长λ#Ρλ2会随所处待测物质的温度和折射率的变化而变化，其变化关系满 足：其中Δ λ#Ρ Δ λ2为两处谐振波谷的波长漂移量，ST,c；avi和Sn,c； avi为侧向第一親合微腔的 温度和折射率灵敏度，St,C^vdPSn,为侧向第二耦合微腔的温度和折射率灵敏度，△ T和Δ η为待测物质的温度和折射率变化量； 最后在利用光谱仪测得输出光谱中两处谐振波谷的波长漂移量后，就能够求解计算得 到待测物质的温度和折射率：
【专利摘要】本发明公开了一种基于级联耦合微腔的温度/折射率双参数传感器，包括宽带光源、总线波导、第一耦合微腔、第二耦合微腔和光探测器；且宽带光源、总线波导、第一耦合微腔、第二耦合微腔和光探测器自左向右依次耦合连接，第一耦合微腔、第二耦合微腔设置在总线波导的同一侧，且通过倏逝场效应分别与总线波导相耦合。本发明中的第一耦合微腔、第二耦合微腔具有不同的谐振波长和不同的光场能量分布比例，第一耦合微腔具有相对更高的折射率响应灵敏度；第二耦合微腔具有相对更高的温度响应灵敏度，利用两个微腔在折射率响应灵敏度和温度响应灵敏度上的显著差异，便能实现在一次测量中同时获得折射率、温度信息。
【IPC分类】G01D21/02
【公开号】CN105526971
【申请号】CN201610014723
【发明人】时尧成, 刘鹏浩
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2016年1月7日