如何计算外磁场的强度传感？

上面提到在其他温度下,磁光超表面谐振的频率受到外磁场强度变化的影响,这一特性使得磁光超表面可以作为磁场传感器来使用。此外,如果磁场的方向反向,正向传输和反向传输的磁光超表面谐振频率位置会发生对调,由此可以判断磁场的方向。如果反向传输的谐振频率低于正向传输的谐振频率,则磁场的方向沿着x轴的正方向,如图7.42(a)所示。如果出现相反的情况,则磁场的方向沿着x轴的负方向。

为了进一步研究器件的传感特性,设定外界温度T=230 K。图7.44展示了磁光超表面谐振频率随着外磁场强度从0.11 T到0.59 T的频移情况,表明“磁光超表面”器件确实可以用来探测磁场强度变化。当外磁场强度为0.11 T时,谐振频率为0.698 THz,随着外磁场强度的增加,谐振频率向低频方向移动,谐振强度可以保持在15 dB以上;当外磁场强度增加到0.59 T时,谐振频率为0.456 THz,在这个过程中移动了242 GHz。定义灵敏度参数S为单位磁场强度(特斯拉)变化所引起的谐振峰频移量(GHz/T)的大小,由式(7.28)推得

图7.44　当温度T=230 K,外磁场强度从0.11 T增加到0.59 T,磁光超表面的背向传输光谱[16](www.xing528.com)

图7.45　磁光超表面谐振峰频率随磁场增加的变化规律,其中黑点是模拟仿真的结果,红线是由公式计算的结果,其灵敏度S=-513.05 GHz/T[16]

在温度T=230 K时,可以计算出ωp=2.548×1013 THz,ωp0=2.044×1013 THz,k=1.018×10-13,灵敏度S=-513.05 GHz/T。图7.45展示了谐振峰频率随磁场变化的规律,黑点是模拟仿真的结果,与式(7.29)计算的结果拟合度很高。这表明外磁场的强度可以通过器件谐振频率和式(7.29)精确计算,是一种在太赫兹波段的磁场传感新方法。