磁力驅動的光子晶體傳感器的製作方法
2023-05-27 05:01:06 3
專利名稱：磁力驅動的光子晶體傳感器的製作方法
磁力驅動的光子晶體傳感器
背景技術：
由於其固有的電磁幹擾(EMI)和高強度福射場(HIRF)抗擾性,利用光學傳感系統和方法是非常可取的。目前，針對應用(如結構健康監測)的光學傳感設計涉及放置光學傳感器使其與被感測的環境或物體直接接觸。一些傳感應用例如近距離感應目前可能需要通過光學傳感系統和方法利用光傳輸和檢測、直接的物理接觸、或直接的物理障礙，從而發揮最佳效果。至少在這些應用中，目前的光學傳感系統和方法在包含遮蔽物、障礙物、碎片以及導致物理變形的潛在性的環境中通常可能具有低可靠性。
發明內容
本發明公開了一種磁力驅動的光子晶體傳感器。光纖包括與其第一端耦合的光子晶體以及與光子晶體耦合的磁性材料。在第一個實施例中，磁力驅動的光子晶體傳感器包括含有第一端的光纖。至少一個光子晶體裝置與第一端耦合，且至少一個磁性材料與至少一個光子晶體裝置耦合。在第二個實施例中，磁力驅動的光子晶體傳感器系統的使用方法包括接收與光子晶體耦合的磁性材料上的被接受磁力，使被接受的磁力驅動光子晶體。該方法進一步包括通過光纖，將傳輸光傳輸至光子晶體。然後，通過光纖，接收源自光子晶體的反射光。該方法進一步包括確定反射光與傳輸光之間的確定差異。在第三個實施例中，涉及一種提供磁力驅動的光子晶體傳感器的方法。該方法提供了光子晶體並將該光子晶體與光纖的第一端耦合。然後，該方法包括將磁性材料與該光子晶體I禹合。本發明內容採用簡化形式弓I入選擇性概念(將在下文詳細描述)。本發明內容並非旨在指出權利要求所限定主題的關鍵特徵或基本特徵，也不是旨在幫助確定權利要求所限定主題的保護範圍。
結合下面附圖(其中整個附圖中的相似參考數字指的是相似組件)，參照詳細描述和權利要求，可更全面理解本公開的實施例。提供附圖旨在便於理解本公開，其不限制本公開的寬度、範圍、規模或應用。這些附圖不一定按比例繪製。圖1示出了根據本公開實施例，示例性的磁力驅動的光子晶體傳感器系統。圖2示出了根據本公開實施例，示例性的磁力驅動的光子晶體傳感器，示出光子晶體安裝在光纖頂端。圖3示出了根據本公開實施例，示例性的矽晶體基。圖4示出了根據本公開實施例，包含多個蝕刻孔的示例性光子晶體的晶格。圖5示出了根據本公開實施例，示例性的光子晶體，其包含分離自基材的多個蝕刻孔，以形成光子晶體的晶格。圖6示出了根據本公開實施例，圖5所示的光子晶體的透視仰視圖。
圖7示出了根據本公開實施例，由兩個光子晶體形成的示例性多層Fabry-Perot(標準具)幹涉儀。圖8示出了根據本公開實施例，與微機電系統(MEMS)框架耦合的示例性多層Fabry-Perot (標準具)幹涉儀。圖9示出了根據本公開實施例，示例性的多功能光子晶體傳感器。圖10示出了根據本公開實施例，在多功能磁力驅動的光子晶體傳感器形成工序中經過圖案形成步驟、定向蝕刻步驟、第一氧化物蝕刻步驟和釋放蝕刻步驟後形成的產物。圖11示出了根據本公開實施例，在多功能磁力驅動的光子晶體傳感器形成工序中經過氧化物沉積步驟和多晶矽沉積步驟後形成的產物。圖12示出了根據本公開實施例，多功能磁力驅動的光子晶體傳感器形成工序中的第二氧化物蝕刻步驟。圖13示出了根據本公開實施例，多功能磁力驅動的光子晶體傳感器形成工序中的矽蝕刻步驟、背面矽蝕刻步驟和磁體安裝步驟。圖14示出了根據本公開實施例，多功能磁力驅動的光子晶體傳感器形成工序中的光纖安裝步驟。圖15示出了根據本公開實施例，示例性的多功能磁力驅動的光子晶體傳感器。圖16示出了根據本公開實施例，磁力驅動的光子晶體傳感器的形成工序的示例性流程圖。圖17示出了根據本公開實施例，磁力驅動的光子晶體傳感器系統的使用工序的示例性流程圖。
具體實施例方式事實上，下面的詳細描述是示例性的，其不旨在限制本公開或應用以及本公開實施例的使用。所提供的具體設備、技術和應用的描述僅是示例性的。對本文所描述實施例做出修改是本領域內的那些普通技術人員所顯而易見的，且在不偏離本公開的精神和保護範圍的情況下，本文所限定的一般原則可適用於其他示例和應用。此外，其不被上述技術領域、技術背景、摘要或下述詳細描述中提出的任何明示或暗示理論約束。本公開應該與權利要求的保護範圍一致，且不限制於本文所描述和示出的示例。就功能和/或邏輯塊組件和多個處理步驟，描述本公開實施例。應該理解這些塊組件可實現為被配置執行指定功能的任何數目的硬體、軟體和/或固件組件。為了簡潔起見，本文未詳細描述與製造、光傳感、磁傳感和系統的其他功能方面(以及系統的各個操作組件)相關的傳統技術和組件。另外，本領域內的那些技術人員應該理解本發明實施例可與多種結構體結合實施且本文所描述的實施例僅僅是本公開的示例性實施例。在實際的非限制應用(即，加速計和感應門如飛機門的打開或關閉狀態)背景下描述本公開實施例。然而，本公開實施例不限制於這樣的飛機門和加速計應用，並且本文所描述的技術還可用於其他的傳感器應用。例如，實施例可應用於燈開關、鎖閂、碰撞控制設備、飛機控制表面的定位、起落裝置的定位、電源線電壓、電源線電流等等。如閱讀本說明書後，本領域內的每個普通技術人員所顯見的，下面為本公開的示例和實施例且其不限制於依照這些示例的操作。可利用其他的實施例，並在不偏離本發明示例性實施例的保護範圍的情況下，對其作出結構變化。圖1示出了根據本公開實施例的示例性磁力驅動的光子晶體傳感器系統100 (系統100)。該系統100利用磁場將力施加至磁性材料，而無需任何物理接觸。該磁性材料進而驅動由雷射感測的光子晶體。該系統100可包括磁力驅動的光子晶體傳感器102和目標體 110。磁力驅動的光子晶體傳感器102包括磁性材料104、光子晶體106以及光纖108。磁性材料104被配置用於感測目標體110的(例如但不局限於)存在、不存在、運動、加速或移動。磁性材料104可包括任何不同類型的磁性材料，例如但不局限於，鐵、陶瓷、鋁鎳鈷合金、釤鈷、釹鐵硼、其混合物等等。光子晶體106被配置具有力敏感性且被機械地耦合至磁性材料104。光子晶體106還與光纖108的第一端112稱合。光子晶體106形成自(例如但不局限於)娃晶體基(下面將更詳細描述)。光子晶體是被設計用於影響(以類似於半導體晶體如何周期性影響電子運動的方式)光子運動的周期性光學納米結構。在該方式中，光子晶體106的周期性光學納米結構可包括，例如但不局限於，光學孔晶格、光學珠晶格等等。光子晶體包括影響電磁波傳播的周期性電介質或金屬電介質納米結構。以半導體晶體中通過規定允許和禁止的電子能帶而周期勢影響電子運動的類似方式影響電磁波傳播。光子晶體可包括周期重複的內部區域，或具有高和低介電常數的周期性結構。光子晶體的周期性結構可使其具有光學特性，包括，例如但不局限於，抑制自發輻射，高反射率的全向反射，低損耗波導等。在該方式中，光子晶體106在相應頻率反射感應光。像波一樣，光的光子可根據其波長，通過周期性結構進行傳播。可在光子晶體中傳播的光的波長稱為允許模式，允許模式的群組稱為帶，且波長的不允許帶稱為光子帶隙。為了提供上述的光學特性，光子晶體的周期性結構的周期應該基本為電磁波波長的一半。具體地，周期性結構的高和低介電常數的重複域的周期應該基本為電磁波波長的一半的量級。例如，對於在電磁波譜可見部分工作的`光子晶體，其周期性結構的高和低介電常數的重複域應該為大約200納米(藍色)至大約350納米(紅色)。光纖108被配置為將光輸送至光子晶體106,並將光從光子晶體106輸出。通過光纖塗層208 (圖2)保護光纖108免受水分、變形等影響。將至少一個光源116，例如至少一個相干光源116,稱合至光纖108的第二端114,從而通過光纖108將相干光束輸送至光子晶體106。所述的至少一個光源116不限制於相干光源，且可包括(例如但不局限於)半相干光源、非相干光源等。在本文中，至少一個光源116以及至少一個相干光源116可互換使用。此外，將至少一個光檢測器118耦合至光纖108的第二端114，以接收源自光子晶體106的反射光。藉助內部反射，將光保留在光纖108的中心，使光纖108充當波導。將支持多種傳播路徑或橫向模式的光纖稱為多模光纖，而將那些僅支持單一模式的光纖稱為單模光纖。相比單模光纖的中心，多模光纖一般具有較大的中心直徑(例如，^ 50微米)，且其一般用於短距離的通訊連接並應用於高功率傳輸。多模光纖的較大中心直徑可降低所需精度並降低使所用的傳輸器和檢測器以及連接器的成本。然而，多模光纖可導致模態色散，限制連接的帶寬和長度。此外，由於其摻雜劑含量較高，相比單模光纖，多模光纖通常顯示出較高的衰減現象。單模光纖一般用於通訊連接長於約550米的情況。單模光纖的中心(例如，〈10微米)一般小於多模光纖的中心且具有比多模光纖較長和較高的性能連接。
目標體110 (可磁檢測的物體110)被配置為可由磁性材料104感測。目標體110可包括，例如但不局限於，其運動可被感測的物體、放置在其運動可被感測的物體上的標籤、門結構等。目標體110可包括，例如但不局限於，磁性材料、鐵材料、感應的磁性材料(例如，鋁中的感應磁性)、抗磁性材料等等。為了提高檢測，目標體110可包括多組件目標體，例如但不局限於，具有磁性外圈的鐵中心、具有交變磁場的「帶狀物」等等。藉助具有磁性外圈的鐵中心，當傳感器接近磁性外圈時,磁性材料104可發生高度偏轉，當磁性材料104到達鐵中心，產生突然引力。藉助具有交變磁場的帶狀物，當磁性材料104在帶狀物上移動時，磁性材料104將發生振動。如果目標體110為磁性目標體，根據磁性目標體的極分布，光子晶體106上產生期望方向的力，以響應目標體110的運動。光子晶體106上的感應力使系統100發生光學變化。如果目標體Iio為鐵目標體，磁性材料104對鐵目標體的引力可使光子晶體106發生光學變化，例如多個波長的幹涉變化。如此，可感測目標體110的運動並可進行相應測量。例如，如果目標體110包括貨艙門，貨艙門的關閉可通過光子晶體106所感應的運動進行感測。對於貨艙門，在目前技術中，需要感應線圈(針對電流傳感器)和一塊貨艙門上作為目標體的鋼(例如，具有螺栓孔的樣塊)。貨艙門通常為鋁，因此，電流傳感器僅與樣塊(coupon)發生作用。驅動電流通過感應線圈且當目標體移至目標範圍時檢測到變化。將目標體110代替感應線圈時，可利用相對小的磁力驅動的光子晶體傳感器，如傳感器102。當鐵或磁性目標體在範圍內移動時，磁性材料104發生偏轉，從而使光子晶體106發生偏轉。圖2示出了根據本公開實施例的示例性磁力驅動的光子晶體傳感器200 (S卩，圖1中的102(沒有磁性材料104))，示出光子晶體202安置在塗有光纖塗層208的光纖108/206的第一端112/206上。圖3示出了根據本公開實施例的示例性矽晶體基。該矽晶體基300可包括任何電介質材料，例如但不局限於，具有約1.3微米至1.6微米「透明」波長的光學質量矽(例如，矽、摻雜矽)等。摻雜可用於確定矽的光學質量。還可利用其他材料，例如但不局限於，砷化鎵、磷化銦鎵、銅銦鎵(二)硒(CIGS)、碳化矽、金剛石、二氧化矽等。圖4示出了根據本公開實施例，包含多個蝕刻孔的示例性光子晶體的晶格400(由矽晶體基300形成)。利用蝕刻，在材料中創建孔402。孔402的間距和大小創建了光子晶體的晶格400。孔402的直徑可為(例如但不局限於)約0.25微米至約1.0微米。圖5示出了根據本公開實施例的示例性光子晶體500，其包含分離自基材(未示出)的多個蝕刻孔，以形成光子晶體的晶格，例如光子晶體106/202。對孔402的底502進行充分地大量蝕刻，基本去除形成光子晶體106/202的基體材料，從而使光子晶體500從基體材料分離並用作磁力驅動光子晶體系統100中的光子晶體106/202。圖6示出了根據本公開實施例，光子晶體500的透視仰視圖600。仰視圖600示出了如何利用蝕刻從形成光子晶體106/202的基體材料中分離出光子晶體106/202。圖7示出了根據本公開實施例，由兩個光子晶體702和704 (圖5中500)形成的示例性多層Fabry-Perot(標準具)幹涉儀700。在圖7所示的實施例中，將光子晶體702和704放置在彼此基本平行位置。每個光子晶體702和704的厚度706可為(例如但不局限於)約400微米至約500微米等。光子晶體702和704可分隔(例如但不局限於)約1.0微米等。如此，光子晶體702和704中的任何一個晶體的非常小的變化可產生感測應用中所需的幹涉圖案。光的反射量取決於分隔距離708。光子晶體702和704形成了多層Fabry-Perot(標準具)幹涉儀700。幹涉儀一般利用光或用於幹涉測量的其它形式的電磁波。幹涉測量法是一種通過測量由兩個或更多個波疊加形成的幹涉圖案，確定兩個或更多個波的特性的技術。幹涉測量法利用疊加原理，將單獨波結合一起，產生具有可用於測量兩個或更多個波的原始狀態特性的聯合體。當兩個具有大致相等頻率的波結合一起時，可通過兩個波之間的相差(即，同相波的相長幹涉和不同相波的相消幹涉)確定最終的幹涉圖案。可利用兩個相干光束間的幹涉條紋確定光子晶體702和704的運動，從而測得由目標體110引起的磁性材料104的運動。在光學中，Fabry - P6rot幹涉儀或標準具一般由具有兩個反射表面(例如光子晶體702和704)或兩個平行的高度反射鏡的透明板製得。前者為標準具，後者為幹涉儀，但該術語可交換使用。作為波長函數的透射光譜顯示出對應於標準具共振的大的透射峰。兩個反射表面如光子晶體702和704之間光的多重反射間的幹涉產生了標準具的不同透射函數。如果所透射光束為同相，發生相長幹涉，對應於標準具的高透射峰。如果所透射峰為不同相，發生相消幹涉，對應於最小透射。例如，相干光的單一入射光束可被光柵或部分反射鏡分成兩束。在到達檢測器前，兩束光束中的每束光束的傳播途徑(路徑)不同，直到合併為止。每束光束傳播距離上的路徑差異可導致兩束光束產生相差。相差導致兩束光束的波產生幹涉圖案。如果單個光束被分成兩個路徑，相差可用於測量改變沿兩條路徑傳播的任何參數。例如但不局限於，路徑長度的物理變化，兩條路徑中的一個或更多個路徑的折射率變化等。該變化可用於測量磁性材料104的運動。在另一個示例中，在零差檢測中，在基本相同的波長下，兩束光束髮生幹涉。兩束光束之間的相差導致檢測器上的光強度發生變化。強度變化可用於測量光子晶體702和704的運動，從而測量磁性材料104的運動。在另一個示例中，在外差檢測中，在檢測前，調製兩束光束中的其中一束光束(例如，通過頻移)。在光學外差檢測中，可將兩束光束的幹涉檢測作為拍頻。調製的光束包含在拍頻的每個周期的最小和最大水平間振蕩的信號。由於調製光束的調製是已知的，即使兩束光束中的每束光束的強度水平發生漂移，也可基本精確測得所測量的拍頻的相對相位。相對相位的變化可用於測量光子晶體702和704的運動，從而測量磁性材料104的運動。通過測量光子晶體702和704的運動，藉助磁性材料104，檢測目標體110的運動。測量光子晶體702和704的運動可確定目標體110的運動。例如但不局限於，利用光子晶體702和704的速度、位移、減速、加速等確定目標體110的運動。圖8不出了根據本公開實施例，與微機電系統(MEMS)框架I禹合的不例性多層Fabry-Perot (標準具)幹涉儀800。圖8示出了如何在傳統蝕刻工藝中，形成利用多層Fabry-Perot (標準具)幹涉儀800的傳感器。可將磁性顆粒引入該結構中，使傳感器可檢測目標體材料(磁性或鐵/可透過的)的存在或不存在。在圖8所示的實施例中，可將目標體材料應用至多層Fabry-Perot(標準具)幹涉儀800,檢測目標體材料的存在或不存在。此夕卜，可能地，在某些情況下(取決於結構)，傳感器可用作加速計，構成多功能傳感器。
圖9示出了根據本公開實施例的示例性多功能光子晶體傳感器900。該多功能光子晶體傳感器900包括安裝在光纖206 (塗有光纖塗層208)上的多功能光子晶體902。多功能光子晶體902包括二維和三維結構，該結構可利用和二或三個磁鐵(未示出)分別檢測二維和三維結構中的力。為了測出多功能光子晶體902的每個功能，利用包含兩個或更多個頻率的雷射調解多功能光子晶體902。利用所述兩個或更多個頻率中的每個頻率測量多功能光子晶體902的其中的一個功能，且利用兩個或更多個光檢測器(未示出)接收兩個或更多個頻率。光纖206可包括(例如但不局限於)單模光纖、多模光纖等,可用於傳輸兩個或更多個頻率。多功能光子晶體902可用於(例如但不局限於)加速計、扭矩計等。圖10示出了根據本公開實施例，在多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500 (圖15)形成工序中，經過圖案形成步驟、定向蝕刻步驟、第一氧化物蝕刻步驟和釋放蝕刻步驟後形成的光子晶體工件產物1000。在圖案形成步驟中，圖案掩模1002形成在矽基1004上。圖案掩模1002包括用於形成孔1006晶格的晶格圖案(未不出)。孔1006晶格可包括(例如但不局限於)矩形晶格、六邊形晶格等。孔1006晶格可包括(例如但不局限於)圓柱孔、球狀孔等。孔1006晶格可由(例如但不局限於)定向蝕刻、各向異性蝕刻、雷射燒蝕等形成。在定向蝕刻步驟中，利用開放的底側壁掩模1104遮蓋孔1006晶格，且利用光學矽材料對孔1006晶格進行填充，形成球狀孔1102。光學矽材料可包括(例如但不局限於)多
晶娃等。在第一氧化物蝕刻步驟中，通過(例如但不局限於)氧化物蝕刻、基於溶劑的去除處理等，除去圖案掩模1002 (圖11)和開放的底側壁掩模1104 (圖11)。在釋放蝕刻步驟中，通過(例如但不局限於)氧化物蝕刻、基於溶劑的去除處理、磨蝕等，除去過量的基體材料1304。圖11示出了根據本公開實施例，在多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500形成工序中，經過氧化物沉積步驟和多晶矽沉積步驟後形成的光子晶體工件產物1100。在氧化物沉積步驟中，將二氧化矽或類似膜，沉積或保形地生長在幾乎所有的矽表面上。通過定向蝕刻，從水平表面去除沉積的氧化物。在多晶矽沉積步驟中，將多晶矽或類似材料統一沉積在光子晶體工件產物1000上，然後進行蝕刻或拋光，直至多晶矽充滿孔1006的晶格，但不覆蓋前表面(未示出)。圖12示出了根據本公開實施例，多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500形成工序中的第二氧化物蝕刻步驟1200。通過各向同性蝕刻去除從基材分離出多晶矽的掩模層和氧化物。圖13示出了根據本公開實施例，在多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500形成工序中，經過矽蝕刻步驟、背面矽蝕刻步驟和磁體安裝步驟後形成的產物1300。在矽蝕刻步驟中，從前面(未示出)對矽進行蝕刻，形成所需的機械結構，該結構可使多功能光子晶體1302響應磁力發生移動並可在安裝在光纖206前，釋放磁力驅動的光子晶體傳感器1500。在背面蝕刻步驟中，從矽基1004的背面1306對矽基材進行蝕刻，以便從基材，部分釋放出磁力驅動的光子晶體傳感器1500。在磁體安裝步驟中，將磁性材料104安裝在多功能光子晶體1302上。
圖14示出了根據本公開實施例，多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500形成工序中的光纖安裝步驟1400。將該磁性材料104和該多功能光子晶體1302安裝在光纖206上。圖15示出了根據本公開實施例，示例性的多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500。該多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500可被操作檢測兩個或更多個被測變量，其中被測變量指的是接受測量的特定量。當這些波長為被測變量時，該多功能磁力驅動的光子晶體傳感器1500可被許多波長(例如，λ η λ2、λ3...)詢問。在不同波長(即，λ ^ λ2、λ 3...)下，光纖206上的反射率不同地取決於被測變量,所以在選定波長(Rl、R2、R3...)測得的反射率允許計算被測變量(S1、S2、S3…)。例如，對於多軸磁場傳感，兩個被測變量SI和S2可分別測得X方向和Z方向上的運動。圖16示出了根據本公開實施例，磁力驅動的光子晶體傳感器102的形成工序的示例性流程圖。可以通過軟體、硬體、固件或其任何組合體，機械地執行有關工序1600實施的多個任務。出於說明目的，有關工序1600的以下描述可參考上述有關圖1-15的組件。在實際實施例中，可利用磁力驅動的光子晶體傳感器102的不同組件，例如，磁性材料104、光子晶體106、光纖108、至少一個相干光源116以及至少一個光檢測器118，執行部分工序1600。工序1600具有與圖1-15所示實施例類似的功能、材料和結構。因此，此處將不再重複描述共同的特徵、功能和組件。可通過提供光子晶體106/202 (任務1602)開始工序1600。然後，通過將光子晶體106/202耦合至光纖108/204的第一端112/206 (任務1604)，繼續執行工序1600。再通過將磁性材料104耦合至光子晶體106/202(任務1606)，繼續執行工序1600。然後，通過將至少一個光源116耦合至光纖108/204的第二端114 (任務1608)，繼續執行工序1600。如此，光纖108/204將光波從至少一個光源116傳輸至光子晶體106/202。再通過將至少一個光檢測器118耦合至光纖108/204的第二端114 (任務1610)，繼續執行工序1600。如此，光纖108/204將光波從光子晶體106/202傳輸至至少一個光檢測器118，其檢測光波。然後，通過感測可磁檢測的物體110 (任務1612)，例如但不局限於，飛機門、列車門、汽車門、房門、大門、存儲庫等，繼續執行工序1600。再通過確定可磁檢測的物體110 (例如，門)是否關閉(任務1614)，繼續執行工序1600。例如，由於在其接近中門的存在或不存在，磁力驅動的光子晶體傳感器102感測力的變化，並根據預定測量，確定門是否關閉。當門關閉時，放置在門上的磁性材料的接近顯著改變了磁力驅動的光子晶體傳感器102/1500上的力。然後，其進而改變了監測波長下的反射率，當測得的反射率小於選定閥值，表明門是敞開的，且當測得的傳輸率大於選定閥值，表明門是關閉的。在可選擇的實施中，當測得的反射率小於選定閥值表面，表明門是關閉的且當測得的反射率大於選定閥 值，表明門是敞開的。圖17示出了根據本公開實施例，磁力驅動的光子晶體傳感器系統100的使用工序的示例性流程圖。可以通過軟體、硬體、固件或其任何組合體，機械地執行有關工序1700實施的多個任務。出於說明目的，有關工序1700的以下描述可參考上述有關圖1-15的組件。在實際實施例中，可利用磁力驅動的光子晶體傳感器系統100的不同組件，例如，磁性材料104、光子晶體106、光纖108、至少一個相干光源116、至少一個光檢測器118以及可磁檢測的物體110，執行部分工序1700。工序1700具有與圖1-15所示實施例類似的功能、材料和結構。因此，此處將不再重複描述共同的特徵、功能和組件。通過接收磁性材料(耦合至光子晶體106)上的被接受磁力，開始工序1700，從而藉助被接受的磁力驅動光子晶體(任務1702)。該磁力可接收自可磁檢測的物體110。然後，通過藉助光纖108將所傳輸的光傳輸至光子晶體106 (任務1704)，繼續執行工序1700。再通過藉助光纖108接收源自光子晶體106的反射光(任務1706)，繼續執行工序1700。如上所述，光子晶體106可基於光子晶體106中的被接受磁力，例如但不局限於，基於幹涉測量等，對反射光進行修改。然後，通過確定反射光與傳輸光之間的確定差異(任務1708),繼續執行工序1700。例如但不局限於，根據反射光和傳輸光的幹涉測量等，獲得確定差異。然後，通過根據確定差異檢測可磁檢測的物體的至少一個特性(任務1710)，繼續執行工序1700。如上所述，至少一個特性可包括(例如但不局限於)速度、加速度、減速度、振動、位移、無移動性等。例如，位移可根據測得的反射率測量。如此，當測得的反射率小於選定的位移閥值，可以表明門是打開的(或關閉的)，且當測得的反射率大於選定的位移閥值，可以表明門是關閉的(或打開的)。然後，通過在環境中操作磁力驅動的光子晶體傳感器系統(任務1712)，繼續執行工序1700。所述的環境可包括(例如但不局限於)汙染物、遮蔽物、障礙物、碎片和導致物理變形的潛在物源，以及非汙染環境。因此，本公開的多個實施例提供了獲得磁力驅動的光子晶體傳感器的方法。實施例提供了用於檢測磁性材料上的力(沒有任何物理接觸地驅動光子晶體)變化的裝置。由於磁驅動不需要物理接觸，所以磁力驅動的光子晶體傳感器系統可用於包含遮蔽物、障礙物、碎片和/或導致物理變形的潛在物源的環境中以及在無汙染環境中。雖然在上面的詳細描述中，至少示出了一個示例性實施例，但應該理解大量變型可以存在。還應該理解本文所描述的示例性實施例或實施例不旨在以任何方式限制主題的範圍、適用性或結構。相反地，前面的詳細描述為本領域內的那些技術人員提供了用於執行實施例或多個實施例的便捷路線圖。應該理解可在不偏離權利要求所限定的保護範圍的情況下，可以對組件的功能和排列做出多種變化，其包括提交本專利申請時的已知等同物和可預見等同物。以上描述指的是被「連接」或「耦合」一起的組件或節點或特徵。如本文所使用的，除非另有明確說明，否則「連接」指的是一個組件/節點/特徵直接與另一個組件/節點/特徵結合(或間接相連)且不一定是機械地。同樣地，除非另有明確說明，否則「耦合」指的是一個組件/節點/特徵直接或間接地與另一個組件/節點/特徵結合(或直接或間接地相連)且不一定是機械地。因此，雖然圖1至15描述了組件的示例性排列，但是本公開實施例可存在附加的中間組件、設備、特徵或組分。除非另有說明，否則本文所使用的術語和短語以及其變形體應該視為開放式，而不是具有限制性。如上述示例中的術語「包括」應該理解為「包括，且不具有限制性」等；術語「示例」用於提供所討論項的示例性實例，而並非是窮盡的或具有限制性；且形容詞例如「傳統的」 「標準的」 「已知的」以及具有類似含義的術語不應該視為將所述術語限制於指定時期或術語在指定時間可用，而應該理解為包含可用的、或現在或在將來任何時間已知的傳統或標準技術。同樣地，除非另有明確說明，否則由連詞「和」連接的一組術語不應該解讀為要求那些術語中的每個或每一個均存在於群組中，而是應該理解為「和/或」。類似地，除非另有明確說明，否則由連詞「或」連接的一組術語不應該解讀為要求在群組之間存在相互排斥性，而是應該理解為「和/或」。此外，雖然本公開的術語、組件或組分可以單數形式進行描述或要求，但是除非明確限定於單數形式，否則複數形式視為涵蓋在其範圍內。在一些示例中，具有擴大性的單詞和短語例如「一個或更多個」 「至少」 「但不局限於」或其他類似的短語不應該解讀為示例旨在或要求涵蓋其中不存在這些具有擴大性短語的較窄情況。
權利要求
1.一種磁力驅動的光子晶體傳感器，包括:包含第一端的光纖；與所述第一端耦合的至少一個光子晶體裝置；以及與所述至少一個光子晶體耦合的至少一個磁性材料。
2.根據權利要求1所述的磁力驅動的光子晶體傳感器，其中所述光纖包含由單模光纖、多模光纖以及光波導組成的群組中的至少一個。
3.根據權利要求1所述的磁力驅動的光子晶體傳感器，其中所述至少一個光子晶體裝置包括晶格，所述晶格包含由光學孔和光學珠組成的群組中的至少一個。
4.根據權利要求1所述的磁力驅動的光子晶體傳感器，其中所述的至少一個光子晶體裝置可被操作在相應頻率反射感測光。
5.根據權利要求1所述的磁力驅動的光子晶體傳感器，其中所述至少一個光子晶體裝置可運行以在相應方向測量運動。
6.根據權利要求1所述的磁力驅動的光子晶體傳感器，其中所述至少一個光子晶體裝置可運行以在相應方向測量位移。
7.根據權利要求1所述的磁力驅動的光子晶體傳感器，其中所述至少一個光子晶體裝置包括由周期性介電納米結構、金屬-介電納米結構、矽、砷化鎵、磷化銦鎵、銅銦鎵(二)硒(CIGS )、碳化矽、金剛石和二氧化矽組成的群組中的至少一個。
8.一種磁力驅動的光子晶體傳感器系統的使用方法，所述方法包括:接收與光子晶體耦合的 磁性材料上的被接受磁力，使得所述被接受磁力驅動所述光子晶體；將傳輸光傳輸通過光纖到達光子晶體；通過所述光纖接收來自所述光子晶體的反射光；以及確定所述反射光與所述傳輸光之間的確定差異。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述被接受磁力被接收自可磁檢測的物體。
10.根據權利要求9所述的方法，進一步包括根據所述確定差異，檢測所述可磁檢測的物體的至少一個特性。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述的至少一個特性包括由速度、加速度、減速度、振動、位移、無移動性組成的群組中的至少一個。
12.根據權利要求9所述的方法，其中所述可磁檢測的物體不與所述磁性材料發生物理接觸。
13.根據權利要求8所述的方法，進一步包括在環境中操作所述磁力驅動的光子晶體傳感器系統，所述環境包括由汙染物、遮蔽物、障礙物、碎片和導致物理變形的潛在物源、以及無汙染物組成的群組中的至少一個。
14.一種提供磁力驅動的光子晶體傳感器的方法，所述方法包括:提供光子晶體；將所述光子晶體耦合至光纖的第一端；以及將磁性材料耦合至所述光子晶體。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括將至少一個光源耦合至所述光纖的第二端。
16.根據權利要求15所述的方法，進一步包括將至少一個光檢測器耦合至所述光纖的所述第二端。
17.根據權利要求14所述的方法，進一步包括感測可磁檢測的物體。
18.根據權利要求17所述的方法，進一步包括確定所述可磁檢測的物體是否關閉，其中所述可磁檢測的物體是門。
19.根據權利要求17所述的方法，其中所述可磁檢測的物體包括由磁性材料、鐵材料、感應的磁性材料、抗磁性材料組成的群組中的至少一個。
20.根據權利要求14所述的方法，其中提供所述光子晶體進一步包括: 形成所述光子晶體圖案； 在所述光子晶體中蝕刻孔；以及 將所述光子晶體從基 材釋放出。
全文摘要
本發明公開了一種磁力驅動的光子晶體傳感器。光纖包括與其第一端耦合的至少一個光子晶體裝置以及與所述至少一個光子晶體裝置耦合的磁性材料。
文檔編號G01D5/26GK103080699SQ201180039741
公開日2013年5月1日 申請日期2011年7月18日 優先權日2010年8月18日
發明者M·A·卡瑞雷若, O·索佳德, T·A·拉森 申請人:波音公司, 裡蘭斯坦福初級大學理事會