用于折射率传感的一维光子晶体微环谐振器研究
发布时间：2021-01-24 00:17
光学传感技术是融合了多门重要学科的综合性技术,在疾病诊断、航空航天、生化防恐、环境监测等领域都发挥着重要作用。随着各类应用的发展,微型化、低成本、高灵敏度的光学传感器成为国内外研究热点。本文主要开展了基于一维光子晶体微环谐振器的折射率传感研究,主要包括基于含槽一维光子晶体微环介质带模式,蝴蝶结型一维光子晶体微环空气带模式和色散型一维光子晶体微环的传感特性研究。首先针对含槽一维光子晶体微环,分别研究了空气孔半径,微环波导宽度和槽宽对其禁带位置与禁带宽度的影响,讨论了总线波导宽度和耦合间距对其耦合特性的影响,得到其传输特性,光场局域情况和各介质带模式的品质因子,探讨了含槽一维光子晶体微环介质带模式的传感灵敏度,最高可达495 nm/RIU。随后以蝴蝶结型一维光子晶体微环为研究对象,讨论了微环波导宽度,蝴蝶结孔半径和蝴蝶结角度对其空气带模式品质因子的影响,经优化后品质因子可达1.419×105。以高品质因子空气带模式为研究对象,得到了250 nm/RIU的传感灵敏度。最后,利用传输矩阵法,理论分析并推导出微环传输谱线表达式,发现其中振幅传递因子、振幅透射系数和有效折射率都与波长相关,因此,研...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
环形谐振器示意图[39]
32008年K.Vos报道了500nm×220nm的SOI波导微环结构[39]，环半径仅为5μm，工作在TE模式下的传感灵敏度为70nm/RIU。图1.1环形谐振器示意图[39]微环谐振器在传感领域的发展越来越快，2009年，北京大学周治平教授所在课题组在MZI两干涉臂上分别加入一个微环谐振腔[40]，利用游标效应获得了2×10-6RIU的分辨率。同年，T.Claes所在课题组利用微环级联的方法，使传感灵敏度达到2169nm/RIU[41]。2010年浙江大学何建军课题组利用同样的微环级联结构的游标效应[42]，获得了2×104nm/RIU的传感灵敏度。在这之后，同样是浙江大学的J.Hu等人在2011年使用硅纳米线悬挂式微环[43]实现了4.6×105nm/RIU的传感灵敏度。2011年浙江大学的L.Jin提出了基于级联双环谐振腔的方案[44]，结构如图1.5所示，结果表明使用级联双环的传感器灵敏度是普通单环的24.3倍，达到了1300nm/RIU。图1.2级联微环示意图[41]图1.3级联微环谐振器[42]图1.4纳米线悬挂式微环[43]图1.5级联双环谐振器[44]
32008年K.Vos报道了500nm×220nm的SOI波导微环结构[39]，环半径仅为5μm，工作在TE模式下的传感灵敏度为70nm/RIU。图1.1环形谐振器示意图[39]微环谐振器在传感领域的发展越来越快，2009年，北京大学周治平教授所在课题组在MZI两干涉臂上分别加入一个微环谐振腔[40]，利用游标效应获得了2×10-6RIU的分辨率。同年，T.Claes所在课题组利用微环级联的方法，使传感灵敏度达到2169nm/RIU[41]。2010年浙江大学何建军课题组利用同样的微环级联结构的游标效应[42]，获得了2×104nm/RIU的传感灵敏度。在这之后，同样是浙江大学的J.Hu等人在2011年使用硅纳米线悬挂式微环[43]实现了4.6×105nm/RIU的传感灵敏度。2011年浙江大学的L.Jin提出了基于级联双环谐振腔的方案[44]，结构如图1.5所示，结果表明使用级联双环的传感器灵敏度是普通单环的24.3倍，达到了1300nm/RIU。图1.2级联微环示意图[41]图1.3级联微环谐振器[42]图1.4纳米线悬挂式微环[43]图1.5级联双环谐振器[44]
本文编号：2996194
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
环形谐振器示意图[39]
32008年K.Vos报道了500nm×220nm的SOI波导微环结构[39]，环半径仅为5μm，工作在TE模式下的传感灵敏度为70nm/RIU。图1.1环形谐振器示意图[39]微环谐振器在传感领域的发展越来越快，2009年，北京大学周治平教授所在课题组在MZI两干涉臂上分别加入一个微环谐振腔[40]，利用游标效应获得了2×10-6RIU的分辨率。同年，T.Claes所在课题组利用微环级联的方法，使传感灵敏度达到2169nm/RIU[41]。2010年浙江大学何建军课题组利用同样的微环级联结构的游标效应[42]，获得了2×104nm/RIU的传感灵敏度。在这之后，同样是浙江大学的J.Hu等人在2011年使用硅纳米线悬挂式微环[43]实现了4.6×105nm/RIU的传感灵敏度。2011年浙江大学的L.Jin提出了基于级联双环谐振腔的方案[44]，结构如图1.5所示，结果表明使用级联双环的传感器灵敏度是普通单环的24.3倍，达到了1300nm/RIU。图1.2级联微环示意图[41]图1.3级联微环谐振器[42]图1.4纳米线悬挂式微环[43]图1.5级联双环谐振器[44]
32008年K.Vos报道了500nm×220nm的SOI波导微环结构[39]，环半径仅为5μm，工作在TE模式下的传感灵敏度为70nm/RIU。图1.1环形谐振器示意图[39]微环谐振器在传感领域的发展越来越快，2009年，北京大学周治平教授所在课题组在MZI两干涉臂上分别加入一个微环谐振腔[40]，利用游标效应获得了2×10-6RIU的分辨率。同年，T.Claes所在课题组利用微环级联的方法，使传感灵敏度达到2169nm/RIU[41]。2010年浙江大学何建军课题组利用同样的微环级联结构的游标效应[42]，获得了2×104nm/RIU的传感灵敏度。在这之后，同样是浙江大学的J.Hu等人在2011年使用硅纳米线悬挂式微环[43]实现了4.6×105nm/RIU的传感灵敏度。2011年浙江大学的L.Jin提出了基于级联双环谐振腔的方案[44]，结构如图1.5所示，结果表明使用级联双环的传感器灵敏度是普通单环的24.3倍，达到了1300nm/RIU。图1.2级联微环示意图[41]图1.3级联微环谐振器[42]图1.4纳米线悬挂式微环[43]图1.5级联双环谐振器[44]
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