一種折射率檢測方法及檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明設及光波導傳感技術領域。
【背景技術】
[0002] 折射率探測器是十分常見的一種針對折射率變化的傳感器，廣泛應用于集成光 學、生物傳感和化學傳感等領域。折射率探測一般采用表面等離子體諧振（surface plasmon rensonance，SPR)的方式探測，通過測量反射光的反射率，其精度可W達到10-4量 級。然而在一些探測精度要求很高的領域，運類傳感器的靈敏度還不夠。
[0003] 磁光材料是具有磁光(Magneto-化tic, Μ0)效應的一類功能磁性材料，運類材料在 受到磁場或磁矩的作用時，物質的電磁特性會發(fā)生變化，因而使通過該物質的光的傳輸特 性也隨之發(fā)生變化。將具有磁光效應的磁光材料加入SH?結構中可W進一步提高折射率探 測器的靈敏度，可達普通SPR傳感器的兩倍，甚至提高一個量級。
[0004] 古斯?jié)h森（G〇〇s-Hliiidieii，GH)位移指的是在一束有限寬度的入射光在界面發(fā)生全 反射時其反射光束強度的最大值與入射光強度的最大值之間的橫向偏移。通過增強GH位移 可W設計和制作新型高靈敏度的傳感器、濾波器、調制器、偏振器和超棱鏡。因此將GH位移 效應與磁光材料結合在一起，研究磁光波導中的GH位移增強效應，并利用受磁場影響的GH 位移(M0GH)設計具有高靈敏度的折射率傳感器，為運類傳感器的設計和制作的帶來了一種 嶄新的思路。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種高靈敏度的折射率檢測方法和檢測裝 置。
[0006] 本發(fā)明提供的折射率檢測方法包括下述步驟：
[0007] 1)在棱鏡、參照物、磁光材料和襯底組成的測量結構中，依據此公式測量計算初始 Π 20時的M0細：
[000引
[0009] 2)將參照物替換為待測物，依據此公式計算待測Π 2的M0GH:
[0010]
[0011] 3)計算兩次測量結果的差值：
[0012]
[001引4)設置一個函數表達兩次測量得到的M0細值之差Δ Lvar與折射率變化A Π 2的關 系：
[0014]令
[001引5)反函數得出在測得A Lvar大小的時候計算A Π 2的表達式：
[0016] An2 = f-1( ALvar)
[0017] 6)計算待測物的折射率：
[001 引 η2 = Π20+Δ n2 = n20+f-i( Δ Lvar)
[0019]前述各步驟中，ko為真空中的波矢，m為棱鏡的折射率，θ為入射角，
[0020] Φ 2為包括待測物的測量結構中反射光與入射光的相位差，楚+為Φ 2在y軸正向的 分量；??
，kx是真空中波矢ko 在X方向的分量，Re(護)為除棱鏡外的Ξ層波導的傳播常數實部，Re(A護ad)為棱鏡禪合系 統(tǒng)引起的傳播常數差的實部；
[0021] 同理，Φ20為包括參照物的測量結構中反射光與入射光的相位差，洛；為Φ20在y軸 正向的分量。
[0022] 進一步的，步驟1)中，棱鏡位于最上方，其反射面的下方為參照物和磁光材料，參 照物位于磁光材料的上方或者下方。參照物和待測物的厚度為400~lOOOnm，磁光材料層的 厚度為200~900nm。所述磁光材料為Ce: YIG。
[0023] 本發(fā)明還提供一種折射率檢測裝置，其特征在于，包括襯底、磁光材料層、待測區(qū) 域層和棱鏡，襯底和棱鏡的反射面之間為重疊的磁光材料層和待測區(qū)域層。
[0024] 進一步的，待測區(qū)域層設置在磁光材料層的上方。待測區(qū)域層的厚度為400~ lOOOnm，磁光材料層的厚度為200~900nm。
[0025] 本發(fā)明的有益效果是，
[0026] 1.平板波導制作工藝簡單、可操作性強、成本較低；
[0027] 2.可W選擇不同的波導材料，設計不同波段的高靈敏度傳感器；
[0028] 3.通過改變磁場的方向可W得到更加靈敏的古斯?jié)h森位移，運種方法同樣適用于 其他的磁光波導傳感器。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明采用的測量結構的示意圖。1棱鏡，2待測區(qū)域層，3磁光材料層，4襯 底。圖中L表示M0GH位移。
[0030] 圖2為參考系中測量示意圖。白色箭頭表示入射光和出射光的方向。
【具體實施方式】
[0031] 本發(fā)明提出了一種測量折射率的新機理，采用的技術方案是將磁光材料引入多層 介質和金屬波導中，利用對材料參數非常敏感的古斯?jié)h森光束側位移去探測折射率的改 變。進一步的，可W根據所加磁場方向的不同得到古斯?jié)h森位移的變化與入射角的關系曲 線，而運一變化值相對于古斯?jié)h森位移本身對折射率的靈敏度更加高，可W實現(xiàn)超靈敏的 生物和化學傳感器。
[0032] 參見圖1、2。圖2中的y方向（正向）即圖1中垂直于紙面向外的方向。磁場方向平行 于y軸。
[0033] 本發(fā)明的測量結構為:在棱鏡的反射面下方設置待測區(qū)域、磁光材料層和襯底，待 測區(qū)域可W由參考物和待測物填充，或者說，在棱鏡的反射面下方設置參考物、磁光材料層 和襯底，在測量時參考物可W替換為待測物。待測物可W在磁光材料層上方，也可W在磁光 材料層下方，即襯底和磁光材料層之間。
[0034] 測量步驟為：分別測量參考物和待測物的M0細位移，然后計算二者的M0細位移之 差，得到M0GH位移差值和因為待測區(qū)域的填充物替換產生的折射率差值的函數關系式，進 而得到待測物的折射率。
[0035] 具體的實施方式如下：
[0036] -種折射率檢測方法包括下述步驟：
[0037] 1)在棱鏡、參照物、磁光材料和襯底組成的測量結構中，依據此公式測量計算初始 Π 20時的M0細：
[00；3 引
[0039] 2)將參照物替換為待測物，依據此公式計算待測m的M0GH:
[0040]
[0041] 3)計算兩次測量結果的差值：
[0042]
[0043] 4)設置一個函數表達兩次測量得到的M0細值之差Δ Lvar與折射率變化Δ Π 2的關 系：
[0044] 令
[0045] 5)反函數得出在測得Δ Lvar大小的時候計算Δ Π 2的表達式：
[0046] Δπ2 = ΓΗ ALvar)
[0047] 6)計算待測物的折射率：
[004引 η2 = Π 20+ Δ n2 = n20+f-i( Δ Lvar)
[0049]前述各步驟中，ko為真空中的波矢，m為棱鏡的折射率，θ為入射角，
[0化0] Φ 2為包括待測物的測量結構中反射光與入射光的相位差，終+為Φ 2在y軸正向的 分量；
，W = kx-Re(護)-Re(A護ad)，kx是真空中波矢ko 在X方向的分量，Re(護)為除棱鏡外的Ξ層波導的傳播常數實部，Re(A護ad)為棱鏡禪合系 統(tǒng)引起的傳播常數差的實部；
[0化1]同理，Φ20為包括參照物的測量結構中反射光與入射光的相位差，藏t為Φ20在y軸 正向的分量。
[0052] 步驟1)中，棱鏡位于最上方，其反射面的下方為參照物和磁光材料，參照物位于磁 光材料的上方或者下方。參照物和待測物的厚度為400~lOOOnm，磁光材料層的厚度為200 ~900nm。所述磁光材料為Ce: YIG。
[0053] 本發(fā)明的折射率檢測裝置包括襯底、磁光材料層、待測區(qū)域層和棱鏡，襯底和棱鏡 的反射面之間為重疊的磁光材料層和待測區(qū)域層。特別的，待測區(qū)域層設置在磁光材料層 的上方。待測區(qū)域層的厚度為400~lOOOnm，磁光材料層的厚度為200~900nm。
【主權項】
1. 一種折射率檢測方法，其特征在于，包括下述步驟： 1) 在棱鏡、參照物、磁光材料和襯底組成的測量結構中，依據此公式測量計算初始n2〇時 的MOGH:2) 將參照物替換為待測物，依據此公式計算待測nd^MOGH:3) 計算兩次測量結果的差值：4) 設置一個函數表達兩次測量得到的M0GH值之差△ Lvar與折射率變化△ n2的關系：5) 反函數得出在測得Δ 1^^大小的時候計算Δ仍的表達式： A n2 = f_1( A Lvar) 6) 計算待測物的折射率： Π 2 = Π 20+ Α Π 2 = n20+f( A Lvar ) 前述各步驟中，k〇為真空中的波矢，m為棱鏡的折射率，Θ為入射角， Φ 2為包括待測物的測量結構中反射光與入射光的相位差，在〃為Φ 2在y軸正向的分量；i = kx-Re(0Q)-Re( Δ β1^)，kx是真空中波矢ko在X方 問的分量，Re(F)為除梭鏡外的三層波導的傳播常數實部，Re( Δ 0rad)為棱鏡耦合系統(tǒng)引起 的傳播常數差的實部； 同理，Φ 2〇為包括參照物的測量結構中反射光與入射光的相位差，€為Φ 在y軸正向 的分量。2. 如權利要求1所述的折射率檢測方法，其特征在于，步驟1)中，棱鏡位于最上方，其反 射面的下方為參照物和磁光材料，參照物位于磁光材料的上方或者下方。3. 如權利要求1所述的折射率檢測方法，其特征在于，參照物和待測物的厚度為400~ lOOOnm，磁光材料層的厚度為200~900nm〇4. 如權利要求1所述的折射率檢測方法，其特征在于，所述磁光材料為Ce: YIG。5. 折射率檢測裝置，其特征在于，包括襯底、磁光材料層、待測區(qū)域層和棱鏡，襯底和棱 鏡的反射面之間為重疊的磁光材料層和待測區(qū)域層。6. 如權利要求5所述的折射率檢測裝置，其特征在于，待測區(qū)域層設置在磁光材料層的 上方。7. 如權利要求5所述的折射率檢測裝置，其特征在于，待測區(qū)域層的厚度為400~
【專利摘要】一種折射率檢測方法及檢測裝置，涉及光波導傳感技術領域。本發(fā)明的檢測方法為：分別測量參考物和待測物的MOGH位移，然后計算二者的MOGH位移之差，得到MOGH位移差值和因為待測區(qū)域的填充物替換產生的折射率差值的函數關系式，進而得到待測物的折射率。本發(fā)明的有益效果是，平板波導制作工藝簡單、可操作性強、成本較低；可以選擇不同的波導材料，設計不同波段的高靈敏度傳感器；通過改變磁場的方向可以得到更加靈敏的古斯?jié)h森位移，這種方法同樣適用于其他的磁光波導傳感器。
【IPC分類】G01N21/41
【公開號】CN105628650
【申請?zhí)枴緾N201511025345
【發(fā)明人】唐婷婷, 秦俊, 畢磊, 鄧龍江
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月30日