基于光学Tamm态耦合的光子晶体传感特性研究

发布时间：2017-11-07 12:29

  本文关键词：基于光学Tamm态耦合的光子晶体传感特性研究

  更多相关文章： 折射率传感器 光子晶体 金属 石墨烯 光学Tamm态

【摘要】：光子晶体作为当今比较新颖的研究课题,利用其禁带和局域特性可以设计性能优良的光学元件,其中基于光子晶体结构设计制作的光学传感器具有体积小、信号响应速度快、检测灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优点,已成为光学传感领域研究的热点问题。本文从光子晶体基本特性出发,与表面等离子型传感器相结合,设计了含金属插层的光子晶体结构,进而引入石墨烯材料对其进行优化,并对折射率传感特性进行分析,为光子晶体传感器的研究提供了理论支撑。主要进行以下几个方面的研究工作:首先,基于表面等离子体(SPR)光学特性和光子晶体光学特性,利用光学Tamm态耦合理论,设计了含金属插层的光子晶体传感器。分析了传感器的传感机理,建立了待测溶液折射率与谐振波长的数学模型,并对光子晶体周期数、入射角度、金属厚度参数进行优化,使缺陷峰的半高全宽(FWHM)和品质因数(Q值)等特性得到提高。其次,基于含金属插层的光子晶体传感结构,在金属插层表面附着一层石墨烯对传感结构进行优化。石墨烯材料具有非常高的表面体积比率,有机物和生物分子的碳基环结构和石墨烯的六元环单位可以形成?堆积键,相对于金属银能有效的固定生物分子,使得电磁波与待测物充分接触,且石墨烯的加入可以防止金属银的氧化。根据Goos-H?nchen相位移与谐振波长的关系分析其传感机理,建立由待测溶液折射率与谐振波长的关系模型。在此基础上,对光子晶体层数和石墨烯层数进行选择优化,使光谱最为理想。最后,分析SPR折射率传感器、含金属插层的光子晶体折射率传感器和含石墨烯材料的光子晶体折射率传感器的传感特性,并对其进行对比。研究结果表明,光子晶体与表面等离子体型传感器结合后,Q值得到很大的提高,且含石墨烯的光子晶体传感结构的传感特性比优化前提高了很多,证明了该传感结构的优势,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】：2016
【分类号】：TP212;O734

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 方舟 ,严寒 ,小平;光子晶体[J];光机电信息;2002年12期

2 易小菊;控制光子的“半导体”——光子晶体[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年S1期

3 ;科学家获得光子晶体纳米结构[J];光学仪器;2003年02期

4 李蔚;光电子技术的又一重大发展——光子晶体及其应用[J];世界产品与技术;2003年06期

5 胡兴军;杨燕;;光子晶体的技术和新产品开发情况[J];集成电路应用;2004年10期

6 蒋锐 ,曹三松;光子晶体可能成为磁激发器[J];激光技术;2004年03期

7 开桂云,董孝义,秦玉文,何杰,巴恩旭,汪美林;《全国光子晶体及其应用学术交流与发展战略研讨会》纪要[J];光电子·激光;2005年08期

8 孙涛涛;金碧辉;;光子晶体 数据聚焦分析[J];科学观察;2006年05期

9 张勐;;面向未来超级计算机的光子晶体管[J];世界科技研究与发展;2007年04期

10 胡萍;何剑;;探究光子晶体的缺陷美[J];农村经济与科技;2008年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 顾忠泽;赵祥伟;朱蓉;;基于光子晶体的生物分子编码[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

2 娄建勇;徐铁军;徐宝连;邰伟莹;;异质缺陷光子晶体的高性能光捕获研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年

3 李志远;刘荣鹃;傅晋欣;;磁光光子晶体的理论和实验研究[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年

4 王京霞;崔丽影;田恩涛;江雷;宋延林;;大面积、高强度聚合物光子晶体的制备[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

5 葛建平;;胶体光子晶体的磁组装及显示性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

6 马龙;;光电子学新技术-光子晶体[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年

7 汪河洲;;光子晶体研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

8 胡小永;江萍;杨宏;龚旗煌;;飞秒超快速可调谐有机光子晶体微腔[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

9 顾忠泽;刘兆彬;赵祥伟;;可用于生物分子编码的自组装光子晶体[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 王志兵;叶永红;;光子晶体中光学微腔的发光调制[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年

2 清华大学材料科学与工程系 周济;光子晶体：光信息时代的“半导体”[N];中国电子报;2005年

3 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年

4 刘霞;美制成兼具电学光学性质的光子晶体[N];科技日报;2011年

5 丛林;聚合物光子晶体研究取得进展[N];中国化工报;2011年

6 华凌;耐上千摄氏度高温的光子晶体问世[N];科技日报;2012年

7 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年

8 ;我国光子晶体中原子自发辐射特性研究获突破[N];中国高新技术产业导报;2006年

9 新华;可变色塑料薄膜开发成功[N];福建科技报;2007年

10 ;穿上变色塑料薄膜“新衣”,食品变质一看就知[N];新华每日电讯;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 朱志宏;光子晶体应用理论研究[D];国防科学技术大学;2007年

2 王昕;平面光子晶体研究[D];复旦大学;2007年

3 王晓玲;光子晶体在生化传感中的应用研究[D];北京邮电大学;2009年

4 李岩;光子晶体及其应用的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）;2004年

5 李文超;折射率可调的光子晶体及实验的研究[D];河北工业大学;2011年

6 冷晗阳;利用二维及三维非线性光子晶体调控倍频光波和纠缠光子的实验研究[D];南京大学;2014年

7 葛潇尘;基于光子晶体和人造表面等离子体的谐振腔器件研究[D];浙江大学;2015年

8 邢慧慧;可调带隙光子晶体/液晶光功能材料的制备及调控机理研究[D];北京化工大学;2015年

9 傅涛;等离子体填充金属光子晶体Cherenkov辐射源研究[D];电子科技大学;2014年

10 朱海滨;光子系统中非互易传输现象及光子器件研究[D];上海交通大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李天龙;光子晶体热控涂层的力学行为研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 王栋柱;光子晶体与金属纳米复合体系的光学增强效应研究[D];西南大学;2015年

3 余钧;太赫兹波段二维金属光子晶体的透射研究[D];清华大学;2014年

4 范卉青;多孔硅表面缺陷腔光子晶体的传感特性研究[D];燕山大学;2015年

5 谢望;铁酸铋反蛋白石光子晶体的制备和光催化性能的研究[D];辽宁大学;2015年

6 刘雯;多重准晶光子晶体的设计和制作方法研究[D];郑州大学;2015年

7 马桂杰;SOI基SiO_x柱光子晶体的研究[D];山东建筑大学;2015年

8 路光;光波在非对称多层膜光子晶体中的零反射传输特性[D];山东大学;2015年

9 蔡园园;电泵浦有机准晶光子晶体激光器的制备及性能研究[D];中央民族大学;2015年

10 黄哲;类石墨烯与渐变结构光子晶体的设计与应用研究[D];山东大学;2015年

，

本文编号：1152453