基于模态局部化效应的谐振式光谱敏感机理及微型光谱传感器研究
批准号:
52105595
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李方浩
依托单位:
学科分类:
微纳及原子级制造
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李方浩
中文摘要
MEMS谐振式传感器工作在模态局部化效应机制下具备更好的性能,同时兼备高精度测量和尺寸微型化优点。但光谱的多物理场模态局部化传感难以被激励、检测和调制。本项目研究多物理场的模态局部化光谱敏感机理,并基于该机理研究高灵敏度、高分辨率微型光谱传感器。研究内容包括:(1)基于光声效应的光-机耦合机理,提出模态局部化微谐振器的激励方法和扰动方法;(2)基于模态局部化的光谱敏感机理,提出光谱敏感方法和检测计量标准;(3)模态局部化微型光谱传感器系统设计、制备及调控,提出光谱传感器弱耦合、模式混叠、自由度、品质因数、共振频率、尺寸等调控机理,揭示各参量对传感器灵敏度、分辨率的影响规律,建立最优光谱传感和计量策略。本项目成果最终实现一种兼备高精度测量和尺寸可微型化的光谱测量技术,为推进光谱仪高精度、小型化发展提供理论指导和技术支撑。
英文摘要
The MEMS resonant sensor has better performance under the mode localization mechanism, and has the advantages of high-precision measurement and miniaturization. However, the mode localization is difficult to stimulate, detect and modulate under multi-physics field for light spectrum sensing. This project studies the multiphysics mode localized spectral sensitivity mechanism, and based on this mechanism, studies high-sensitivity, high-resolution miniature spectral sensors. The research contents include: (1) Based on the photoacoustic coupling mechanism, study the excitation method and perturbation method of the mode localized microresonator; (2) Study the spectral sensing method based on the mode localization mechanism and establish the measurement standards; (3) Design, manufacture and control study of the sensor system, proposes the control mechanism of weak coupling, mode aliasing, degree of freedom, quality factor, resonance frequency, footprint, etc., and reveals the associations of the parameters. Thus establish the optimal spectral sensing strategies. The results of this study realize a high precision miniature spectral sensor and provide theoretical guidance and technical support for the development of high-precision and miniaturization spectrometers.
高精度微型光谱仪具有极大的应用前景,民用消费级高精度微型光谱仪将出现在智能手机、智能手环、智能眼镜等电子设备上,成为智能物联传感网络的重要一环,科研级高精度微型光谱传感器将为智慧农业、地质勘探、肿瘤诊断等领域带来新变革。本项目针对微型红外光谱仪探测灵敏度的提升,基于超表面近场光学增强吸收效应,设计研究了不同结构参数的光谱吸波器性能,在8.99 µm ~ 14.58 µm的宽带范围内,所设计的光谱吸波器具有超过88%的连续高吸收率;研究了二自由度弱耦合谐振系统的模态局部化效应,建立了“红外光谱-热应力扰动-模态局部化效应-模态振幅比探测”红外光谱分析原理模型,实现了光谱响应灵敏度达1.304 /mW,同等条件下比基于共振频率偏移检测方法(0.00243 /mW)提高了3个量级。本项目实现了基于超表面+模态局部化微谐振系统的高精度、小型化光谱传感技术,为推进光谱仪高精度、小型化发展奠定理论基础。相关研究成果在Photonics Research、APL Photonics、Optics Express 等期刊发表学术论文7篇,申请发明专利5项,获浙江省科技进步二等奖1项。
基于 InGaAs 纳米线阵列的EBCMOS 红外探测器件制备理论方法和关键技术研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:李方浩
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依托单位:
面向化工有毒有害气体检测的多模态谐振式
MEMS 窄带红外探测器研究
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批准号:TGS24E050003
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:李方浩
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依托单位:
国内基金
海外基金