CN102288552B

Guided-mode resonance sensors employing angular, spectral modal, and polarization diversity for high-precision sensing in compact formats

Abstract

The present invention provides a guided mode resonance (GMR) sensor assembly and system. The GMR sensor includes: a waveguide structure configured to operate at or near one or more leakage modes; and a receiver for receiving input light from a light source onto the waveguide structure to generate one or more Multi-leak TE and TM resonance modes; and a detector for detecting one or more changes in the phase, waveform, and/or amplitude in each TE resonance and TM resonance to allow the waveguide to be distinguished The first physical state and the second physical state of the structure or its immediate environment.

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27 claims: 2 independent, 25 dependent

  1. 1
    一种GMR传感器组件,包括: 波导结构,其被配置为在一个或更多漏模处或附近工作; 接收装置,其用于从光源将输入光接收到所述波导结构上,以产生一个或更多共振漏 模; 测量装置,其用于测量取自以下组中的光的至少两个特性的组合:角谱、波长谱、偏振 状态和与共振漏模有关的共振响应的强度分布,以允许在测量时间内存在的、所述波导结 构或其直接环境的第一物理状态和第二物理状态之间进行区分。
  2. 2
    如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述GMR传感器组件还被配置为工作在 带阻模式。
  3. 3
    如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述GMR传感器组件还被配置为工作在 带通模式。
  4. 4
    如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述GMR传感器组件被配置为工作在所 述输入光包括发散光的情形中。
  5. 5
    如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述GMR传感器组件被配置为工作在所 述输入光包括汇聚光的情形中。
  6. 6
    如权利要求1所述的GMR传感器组件,还包括波束整形元件,所述波束整形元件用于 形成具有已知的幅度和相位特性的输入光的输入波阵面。
  7. 7
    如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,产生所述输入光的输入波阵面的照射源 从下述各项组成的组中选择:发光二极管、激光二极管、垂直腔面发射激光器和已过滤的宽 带光源。 &如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述波导结构被配置为用实质上非偏振 的输入光进行工作。
  8. 8
    9. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,还包括用于在第一已知时间应用第一已知偏 振态和在第二已知时间应用第二已知偏振态的装置。
  9. 9
    10. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,还包括用于选择性地将不同波长的输入光输 入到所述波导结构的装置。
  10. 10
    11. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述测量装置包括用于检测ΤΕ共振和 ΤΜ共振的装置,所述装置被布置成使得被检测的所述ΤΕ共振和所述ΤΜ共振是从所述波导 结构反射到所述检测装置上的共振。
  11. 11
    12. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述测量装置包括用于检测ΤΕ共振和 ΤΜ共振的装置,所述装置被布置成使得被检测的所述ΤΕ共振和所述ΤΜ共振是通过穿过所 述波导结构的平面透射到所述检测装置上的共振。
  12. 12
    13. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述测量装置是光探测器元件的矩阵。
  13. 13
    14. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述GMR传感器组件被配置为以多于 一个的共振漏模进行工作。
  14. 14
    15. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,还包括用于衍射所述输入光的全息衍射元 件。
  15. 15
    16. 如权利要求1所述的GMR传感器组件,其中,所述输入光能够以任意角度入射,并且 所述测量装置以任意角度接收所述ΤΕ共振和所述ΤΜ共振。 CN 102288552 Β
  16. 16
    17. 一种GMR传感器组件,包括: 波导结构,其被配置为在输入光的一个或更多漏模处或附近工作;以及 一个或多个测量装置,其用于测量取自以下组中的光的至少两个特性的组合:角谱、波 长谱、偏振状态和与共振漏模有关的共振响应的强度分布,以允许在测量时间内存在的、所 述波导结构或其直接环境的第一物理状态和第二物理状态之间进行区分。 1&如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,所述波导结构被配置为接收输入光的 发散光束。
  17. 17
    19. 如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,所述测量装置被布置在穿过所述波导 结构的平面的与所述输入光相对的一侧,以便接收通过所述波导结构的所述平面透射的共 振信号。
  18. 18
    20. 如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,所述输入光具有已知的幅度和相位特 性。
  19. 19
    21. 如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,所述波导结构被配置为接收输入光的 汇聚光束。
  20. 20
    22. 如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,所述测量装置被布置在穿过所述波导 结构的平面的与所述输入光相同的一侧,以便接收从所述波导结构反射的共振信号。
  21. 21
    23. 如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,每个传感器元件被输入光源照射,所 述输入光源取自发光二极管、激光二极管、已过滤的宽带光源和垂直腔面发射激光器的组。
  22. 22
    24. 如权利要求17所述的GMR传感器组件,其中,还包括ΝχΜ个传感器元件,所述ΝχΜ 个传感器元件被配置为由通过光整形端口输入的单光源照射。
  23. 23
    25. 一种GMR传感器组件,包括: 波导结构,其被配置为在输入光的一个或更多漏模处或附近工作;以及 ΤΕ共振和ΤΜ共振的检测器,其具有传感器阵列,该传感器阵列具有至少ΝχΜ个传感器 元件; 其中,所述检测器被布置在穿过所述波导结构的平面的与所述输入光相同的一侧,以 便接收从所述波导结构反射的共振信号。
  24. 24
    26. 如权利要求25所述的GMR传感器组件,其中,所述波导结构被配置为接收输入光的 发散光束。
  25. 25
    27. 如权利要求25所述的GMR传感器组件,其中,所述输入光具有已知的幅度和相位特 性。 2&如权利要求25所述的GMR传感器组件,其中,所述波导结构被配置为接收输入光的 汇聚光束。
  26. 26
    29. 如权利要求25所述的GMR传感器组件,其中,每个传感器元件被输入光源照射,所 述输入光源取自发光二极管、激光二极管、已过滤的宽带光源和垂直腔面发射激光器的组。
  27. 27
    30. 如权利要求25所述的GMR传感器组件,其中,所述ΝχΜ个传感器元件被配置为由通 过光整形端口输入的单光源照射。 CN 102288552 Β
Independent claims27