一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器

摘要：

提出了一种适用于湿度传感的表面等离子微环传感器。该传感器纵向上采用表面等离子多层波导结构，横向上采用 U 型微环结构，以聚酰亚胺（polyimide，PI）为感湿材料。根据传输矩阵法推导表面等离子微环传感器结构的传递函数，外界环境的相对湿度变化引起聚酰亚胺的折射率变化，从而多层波导结构的有效折射率发生改变，导致传感器的输出光谱发生漂移。重点分析讨论了多层波导结构的传输特性以及感湿部位折射率的变化对输出光谱的影响。根据计算和仿真得出：当 U 型波导的两个耦合点间的距离为微环周长的整数倍时，传感器的输出光谱水平漂移量较大，自由光谱范围（FSR）加倍，达到128 nm，当外界环境相对湿度从10％RH 变化到100％RH 时，漂移量Δλm 在0．005～0．038μm 之间变化，相比于其他湿度传感器，灵敏度提高了10～50倍，高达0．0005μm／％RH，并且传输稳定。结果表明：设计的表面等离子微环传感器，灵敏度较好，性能稳定，可以应用于湿度测量，并且实现了在高灵敏度感湿的同时兼顾大范围的滤波选频，为微型光学器件的制备提供了理论基础。

关键词：表面等离子微环传感器、多层波导结构、传输矩阵法、灵敏度

分类号：TN256(光电子技术、激光技术)

资助基金：国家自然科学基金项目61172044，61107039;河北省自然科学基金项目F2012203204，F2014501150

在线出版日期：2015-11-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：2660-2664