英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

高度敏感的电浆温度传感器的基础

在光子晶体表面等离子体波导

Triranjita Srivastava.Ritwick Das. Rajan.Jha

摘要:

提出一个高度敏感的温度传感器基于光子晶体表面等离子体波导组成不同的电浆活性金属,如金、银、和铝,利用表面等离子体共振现象。我们发现共振波长可以很容易地和大幅调整在一个广泛的光谱范围内通过改变并通过明智地选择不同的温度电浆金属.采用耦合模理论,我们发现该传感器可用于恶劣的环境灵敏度高达sim;70点/ K在电信窗口.

介绍

遥感在严酷的环境下,如在大功率的激光、火灾报警系统、监控炉操作,或火山事件需要可靠的传感器在高温度。利用光学温度传感器技术提供了一个有前途的方向发展的由于几个优势与传感器技术其他的温度测量技术。灵敏度高,大温度范围、稳定性和免疫力光信号环境干扰。极强的介质波导fiber-optic-based温度传感器(1,3 - 6)构成的主要类别光学温度传感器。多模弯曲waveguidebased温度传感器Remouche等人提出的被证明能够达到200°C,从而征收由平面waveguidebased限制温度测量温度传感器。另一方面,光纤温度传感器基于布拉格光纤的原则光栅;表面等离子体共振(SPR)或模态干涉仪(5、6)非常有利的构造远程分布式传感网络。然而,制造光栅介绍遥感在严酷的环境下,如在大功率的激光、火灾报警系统、监控炉操作,或火山事件需要可靠的传感器在高温度。利用光学温度传感器技术提供了一个有前途的方向发展的由于几个优势与传感器技术其他的温度测量技术。灵敏度高,大温度范围、稳定性和免疫力光信号环境干扰。极强的介质波导fiber-optic-based[2]温度传感器构成的主要类别光学温度传感器。另一方面,光纤温度传感器基于布拉格光纤的原则光栅[1,3];表面等离子体共振(SPR)[4]或模态干涉仪(5、6)非常有利的构造远程分布式传感网络。然而,制造光栅是复杂的,因为它涉及到裁剪的玻璃成分通过注册飞秒的光栅激光或特定的热退火过程。此外,模态interferometer-based温度传感器是简单的制造但实时干涉图样漂移使它容易受到环境。此外,所有这些纤维温度传感器相对笨重和问题缩减,因此很难被用作芯片大小温度传感器。与此同时,最近的进展在纳米光子学打开新的视角进一步小型化基于表面等离子体光子组件极化声子波导(7、8)。然而,激发的表面等离子体极化声子(SPP)是一个具有挑战性的问题。的传统途径激发SPP Kretschmann配置部署各种类型的高指数棱镜实现事件之间的共振/相位匹配波和SPP,从而使他们不适合小型化应用程序。 因为它涉及到裁剪的玻璃成分通过注册飞秒的光栅激光或特定的热退火过程。

全屏阅读

关闭全屏阅读

另一种方法来激发许可证在thinmetal条纹由介质波导耦合机制.尽管小型化是通过这种方法,传统之间的相位匹配/共振介质波导模式和纯SPP模式仍然是一个挑战,由于高折射率波导的核心(1.45sim;)在红外频率。这是可以克服的利用光子bandgap-guided模式的特性光子晶体波导(PCW)模式下有效指数小于核心指标的指导模式。骑在其中的一些优势,在本文中,我们提出一个波导传感器以后称为光子晶体表面等离子体波导(PCSPW;见图1)基于SPR高和精确的温度测量800 k .我们有不同的波导参数进行了优化例如,数量的影响,折射率剖面通道宽度设计一个高度敏感的温度传感器恶劣的环境。同时,之间的比较研究传感器的性能提出了提出的传感器由不同的电浆活性金属,如金(Au)、银(Ag)和铝(Al)。

提出了传感器的设计考虑

该实验装置实现高温传感器是图1所示。采用合适的光学设备,例如光,偏振镜,显微镜等一个高度稳定的可调谐激光器发射到的核心PCSPW组成silica-PCW后跟一个电浆波导50-nm-thick金属层组成和分析物(na)在一个垂直堆栈配置。的物理化学加工是基于广泛使用的光刻和纳米加工兼容的材料如二氧化硅和二氧化钛,这样硅芯的折射率数控直流和厚度是对称的夹在定期分层覆盖层(n1equiv;二氧化钛和n2equiv;二氧化硅的厚度d1和d2,分别)。使用适当的测量透射光探测器,它会表现出最低的在特定波长透射谱,被称为共振波长(lre),这意味着共振激发的SPP波在金属/分析物界面。身体上,在lre,有效折射率的SPP模式模有效索引的基本PCWmode因此,权力核心被转移到metal-analyte发射到物理化学加工接口。众所周知,共振条件非常敏感的任何改变身体可衡量的参数如折射率、浓度或周围的温度区域。共振的转变波长(lre)和全宽最小值(应用)的一半透光率曲线决定了灵敏度和准确性

的传感器。温度传感器的转移共振波长(Delta;lres)由于温度变化(Delta;T)决定了温度的敏感性(0Delta;lres /Delta;T)传感器。此外,如何准确lre可以确定的价值取决于应用的透光率曲线。因此,传感器中定义的总体性能图ofmerit(FOM)敏感性的比率和应用。简而言之,实现高性能的传感器,敏感性,Delta;lres,应该尽可能高和应用的价值应尽可能低。

结果与讨论

众所周知,随着温度的增加,折射的所有成分指数显著波导变化,因此模态特征和遥感拟议的结构将相应的性能改变。

结论

拟定的800 K由于PCSPW已经优化不同的熔点SPR活跃元素,但是提出概念原则上可能利用大部分时间更高的温度测量。采用coupledmode理论,我们发现基于黄金的传感器我们的命题会表现出70点/ K的敏感性恶劣的环境条件。尽管可以使用白银和铝为更好的检测精度相对灵敏度高,但这样的金属氧化在周围环境中高温和潮湿条件。因此,我们的研究结果表明,该传感器可广泛部署在石化行业风险控制、航空工业、空间安全控制、空气调节控制、火灾探测和任何恶劣的环境通过利用最新的制造技术设计这样的芯片级温度传感器。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[32145]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word