基于宇称-时间对称光子晶体结构的磁场传感器研究
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作者:
作者单位:

(青岛大学 电子信息学院, 山东 青岛 266071)

作者简介:

李长红(1973-),女,博士,副教授,硕士生 导师,主要从事光子晶体器件、慢光传输和太阳能捕获等方面的研究.

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61307050, 61701271)和山东省自然科学基金(ZR2016AM27)资助项目 (青岛大学 电子信息学院, 山东 青岛 266071)


Research on magnetic field sensor based on parity-time symmetry photonic crysta l structure
Author:
Affiliation:

(College of Electronic Information, Qingdao University, Qingdao, Shandong 266071, China)

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    摘要:

    提出了一种基于宇称-时间(parity-time,PT) 对称结构的磁场检测微腔模型,利用水 基Fe3O4磁流体介质层的磁光效应和PT对称结构的光放大效应,当磁场强度发生变化时 ,引 起结构禁带中缺陷模位置的改变。因此,可以通过检测缺陷模位置实现磁场强度的检测。本 文利用传递矩阵法(transfer matrix method,TMM)从理论上分析了结构的透射光谱,在此 基础上对结构周期、介质层厚度、PT对称单元中宏观洛伦兹振荡强度等参数进行了数值优化 。优化后的仿真结果表明,该传感器能够实现有效的磁场磁强检测,磁场强度在0—500Oe 的 范围内,传感器的灵敏度可以达到97.14 nm/RIU,优值和检测极限分 别可以达到104和10-7 RIU。同时, 传感器的分辨率数值最小可以达到0.05 Oe和最 大可以达到2Oe。本文所设计的传感器结构可用于高综合性能磁场强度检测设备的设计。

    Abstract:

    A magnetic field detection micro-cavity model based on parity-time (PT ) symmetry structure is proposed.Using the magnetic-optical effect of hydro-b as ed Fe3O4magnetic fluid medium layer and the optical amplification effect of t he PT-symmetry structure,when the magnetic field strength changes,the defect mo d e position in the structure band gap is changed.Therefore,the magnetic field i ntensity can be detected by detecting the defect mode position.In this paper,t he transmission spectrum of the structure is theoretically analyzed based on the transfer matrix method (TMM),and the parameters such as the structure period, the thickness of the dielectric layer and the macroscopic Lorentz oscillation in tensity in the PT-symmetry element are numerically optimized.The optimized sim u lation results show that the sensor can achieve effective magnetic field intensi ty detection,the sensitivity of the sensor can reach 97.14nm/RIU in the magnet ic field intensity range of 0—500Oe,the figure of merit and detection limit ca n reach 104and 10-7 RIU,respectively.Meanwhile,the resolution value ca n be a s low as 0.05Oe and as high as 2Oe.The proposed sensor structure can be used in the design of high comprehensive performance magnetic field intensity testing equipment.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

易凌俊,李长红.基于宇称-时间对称光子晶体结构的磁场传感器研究[J].光电子激光,2022,33(3):256~263

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  • 收稿日期:2021-12-20
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  • 在线发布日期: 2022-04-27
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