本文關(guān)鍵詞：基于光學(xué)Tamm態(tài)耦合的光子晶體傳感特性研究

  更多相關(guān)文章： 折射率傳感器 光子晶體 金屬 石墨烯 光學(xué)Tamm態(tài)

【摘要】：光子晶體作為當(dāng)今比較新穎的研究課題,利用其禁帶和局域特性可以設(shè)計性能優(yōu)良的光學(xué)元件,其中基于光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計制作的光學(xué)傳感器具有體積小、信號響應(yīng)速度快、檢測靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點,已成為光學(xué)傳感領(lǐng)域研究的熱點問題。本文從光子晶體基本特性出發(fā),與表面等離子型傳感器相結(jié)合,設(shè)計了含金屬插層的光子晶體結(jié)構(gòu),進(jìn)而引入石墨烯材料對其進(jìn)行優(yōu)化,并對折射率傳感特性進(jìn)行分析,為光子晶體傳感器的研究提供了理論支撐。主要進(jìn)行以下幾個方面的研究工作:首先,基于表面等離子體(SPR)光學(xué)特性和光子晶體光學(xué)特性,利用光學(xué)Tamm態(tài)耦合理論,設(shè)計了含金屬插層的光子晶體傳感器。分析了傳感器的傳感機(jī)理,建立了待測溶液折射率與諧振波長的數(shù)學(xué)模型,并對光子晶體周期數(shù)、入射角度、金屬厚度參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,使缺陷峰的半高全寬(FWHM)和品質(zhì)因數(shù)(Q值)等特性得到提高。其次,基于含金屬插層的光子晶體傳感結(jié)構(gòu),在金屬插層表面附著一層石墨烯對傳感結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。石墨烯材料具有非常高的表面體積比率,有機(jī)物和生物分子的碳基環(huán)結(jié)構(gòu)和石墨烯的六元環(huán)單位可以形成?堆積鍵,相對于金屬銀能有效的固定生物分子,使得電磁波與待測物充分接觸,且石墨烯的加入可以防止金屬銀的氧化。根據(jù)Goos-H?nchen相位移與諧振波長的關(guān)系分析其傳感機(jī)理,建立由待測溶液折射率與諧振波長的關(guān)系模型。在此基礎(chǔ)上,對光子晶體層數(shù)和石墨烯層數(shù)進(jìn)行選擇優(yōu)化,使光譜最為理想。最后,分析SPR折射率傳感器、含金屬插層的光子晶體折射率傳感器和含石墨烯材料的光子晶體折射率傳感器的傳感特性,并對其進(jìn)行對比。研究結(jié)果表明,光子晶體與表面等離子體型傳感器結(jié)合后,Q值得到很大的提高,且含石墨烯的光子晶體傳感結(jié)構(gòu)的傳感特性比優(yōu)化前提高了很多,證明了該傳感結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢,為高Q值和高靈敏度傳感器的設(shè)計提供一定的理論參考,顯示了該結(jié)構(gòu)在光學(xué)傳感中的應(yīng)用潛力。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212;O734

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 方舟 ,嚴(yán)寒 ,小平;光子晶體[J];光機(jī)電信息;2002年12期

2 易小菊;控制光子的“半導(dǎo)體”——光子晶體[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年S1期

3 ;科學(xué)家獲得光子晶體納米結(jié)構(gòu)[J];光學(xué)儀器;2003年02期

4 李蔚;光電子技術(shù)的又一重大發(fā)展——光子晶體及其應(yīng)用[J];世界產(chǎn)品與技術(shù);2003年06期

5 胡興軍;楊燕;;光子晶體的技術(shù)和新產(chǎn)品開發(fā)情況[J];集成電路應(yīng)用;2004年10期

6 蔣銳 ,曹三松;光子晶體可能成為磁激發(fā)器[J];激光技術(shù);2004年03期

7 開桂云,董孝義,秦玉文,何杰,巴恩旭,汪美林;《全國光子晶體及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流與發(fā)展戰(zhàn)略研討會》紀(jì)要[J];光電子·激光;2005年08期

8 孫濤濤;金碧輝;;光子晶體 數(shù)據(jù)聚焦分析[J];科學(xué)觀察;2006年05期

9 張勐;;面向未來超級計算機(jī)的光子晶體管[J];世界科技研究與發(fā)展;2007年04期

10 胡萍;何劍;;探究光子晶體的缺陷美[J];農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技;2008年10期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧忠澤;趙祥偉;朱蓉;;基于光子晶體的生物分子編碼[A];中國化學(xué)會第二十五屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集（上冊）[C];2006年

2 婁建勇;徐鐵軍;徐寶連;邰偉瑩;;異質(zhì)缺陷光子晶體的高性能光捕獲研究[A];2011西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2011年

3 李志遠(yuǎn);劉榮鵑;傅晉欣;;磁光光子晶體的理論和實驗研究[A];第八屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文集[C];2009年

4 王京霞;崔麗影;田恩濤;江雷;宋延林;;大面積、高強(qiáng)度聚合物光子晶體的制備[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

5 葛建平;;膠體光子晶體的磁組裝及顯示性能研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

6 馬龍;;光電子學(xué)新技術(shù)-光子晶體[A];江蘇省通信學(xué)會2004年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

7 汪河洲;;光子晶體研究[A];全國第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

8 胡小永;江萍;楊宏;龔旗煌;;飛秒超快速可調(diào)諧有機(jī)光子晶體微腔[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

9 顧忠澤;劉兆彬;趙祥偉;;可用于生物分子編碼的自組裝光子晶體[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

10 王志兵;葉永紅;;光子晶體中光學(xué)微腔的發(fā)光調(diào)制[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 賈正根;光子晶體學(xué)俏然崛起[N];中國電子報;2001年

2 清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系 周濟(jì);光子晶體：光信息時代的“半導(dǎo)體”[N];中國電子報;2005年

3 張孟軍;攀登光子晶體高峰的人[N];科技日報;2004年

4 劉霞;美制成兼具電學(xué)光學(xué)性質(zhì)的光子晶體[N];科技日報;2011年

5 叢林;聚合物光子晶體研究取得進(jìn)展[N];中國化工報;2011年

6 華凌;耐上千攝氏度高溫的光子晶體問世[N];科技日報;2012年

7 楊健;中科院取得光子晶體理論創(chuàng)新[N];人民日報;2003年

8 ;我國光子晶體中原子自發(fā)輻射特性研究獲突破[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報;2006年

9 新華;可變色塑料薄膜開發(fā)成功[N];福建科技報;2007年

10 ;穿上變色塑料薄膜“新衣”,食品變質(zhì)一看就知[N];新華每日電訊;2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱志宏;光子晶體應(yīng)用理論研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

2 王昕;平面光子晶體研究[D];復(fù)旦大學(xué);2007年

3 王曉玲;光子晶體在生化傳感中的應(yīng)用研究[D];北京郵電大學(xué);2009年

4 李巖;光子晶體及其應(yīng)用的數(shù)值模擬研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2004年

5 李文超;折射率可調(diào)的光子晶體及實驗的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2011年

6 冷晗陽;利用二維及三維非線性光子晶體調(diào)控倍頻光波和糾纏光子的實驗研究[D];南京大學(xué);2014年

7 葛瀟塵;基于光子晶體和人造表面等離子體的諧振腔器件研究[D];浙江大學(xué);2015年

8 邢慧慧;可調(diào)帶隙光子晶體/液晶光功能材料的制備及調(diào)控機(jī)理研究[D];北京化工大學(xué);2015年

9 傅濤;等離子體填充金屬光子晶體Cherenkov輻射源研究[D];電子科技大學(xué);2014年

10 朱海濱;光子系統(tǒng)中非互易傳輸現(xiàn)象及光子器件研究[D];上海交通大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李天龍;光子晶體熱控涂層的力學(xué)行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

2 王棟柱;光子晶體與金屬納米復(fù)合體系的光學(xué)增強(qiáng)效應(yīng)研究[D];西南大學(xué);2015年

3 余鈞;太赫茲波段二維金屬光子晶體的透射研究[D];清華大學(xué);2014年

4 范卉青;多孔硅表面缺陷腔光子晶體的傳感特性研究[D];燕山大學(xué);2015年

5 謝望;鐵酸鉍反蛋白石光子晶體的制備和光催化性能的研究[D];遼寧大學(xué);2015年

6 劉雯;多重準(zhǔn)晶光子晶體的設(shè)計和制作方法研究[D];鄭州大學(xué);2015年

7 馬桂杰;SOI基SiO_x柱光子晶體的研究[D];山東建筑大學(xué);2015年

8 路光;光波在非對稱多層膜光子晶體中的零反射傳輸特性[D];山東大學(xué);2015年

9 蔡園園;電泵浦有機(jī)準(zhǔn)晶光子晶體激光器的制備及性能研究[D];中央民族大學(xué);2015年

10 黃哲;類石墨烯與漸變結(jié)構(gòu)光子晶體的設(shè)計與應(yīng)用研究[D];山東大學(xué);2015年

，

本文編號：1152453