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《燕山大学》 2015年
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多孔硅表面缺陷腔光子晶体的传感特性研究

范卉青  
【摘要】:光子晶体作为当今较为新颖的课题,利用其设计的传感器具有体积小、检测灵敏度高等优点,日益成为研究的热点问题,并且为光学传感技术掀开了新的一页。本文从光子晶体基本特性出发,在表面波理论的基础上,构建了一种表面缺陷腔中含有多孔硅的光子晶体传感结构,利用古斯汉欣位移研究了其传感特性,并对其传感特性进行分析,为光子晶体传感器的研究提供了理论支撑。其主要研究内容包括:首先,结合表面缺陷半无限光子晶体的表面波原理与多孔硅光学传感机理,在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅与吸收介质,将多孔硅作为检测待测样本的传感区域,并利用其高效的承载机制,构建了基于多孔硅表面缺陷的光子晶体折射率传感结构。在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在表面波,通过入射角度的调制使其在缺陷腔中实现多次全反射,在缺陷腔中加入吸收介质,吸收介质对谐振波长的吸收使其在缺陷腔中产生多次全反射完成衰荡,从而在反射光谱中获得与谐振波长对应的缺陷峰。其次,根据Goos-H?nchen相位移与谐振波长的关系分析其传感机理,建立由待测样本折射率或浓度改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型。在此基础上,调整光子晶体参数,使缺陷峰的半高全宽得到优化,其Q值亦得到了提高;为了提高含多孔硅表面缺陷光子晶体结构的传感灵敏度,以多孔硅的厚度为被优化变量,利用BP神经网络进行结构参数优化获得多孔硅的厚度最优值。最后,对光子晶体传感结构进行传感特性分析,分别研究了多孔硅中充入气体和液体待测样本时的光谱特性,证明了该传感结构的有效性。该结构可为高Q值和高灵敏度传感器的设计提供一定的理论参考,显示了该结构在光学传感中的应用潜力。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP212;O734

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