硅基光子晶体微腔特性及其在串并行传感复用阵列中的应用研究

发布时间：2022-02-20 08:30

　　近年来,全光传感器在化学安全、生物学研究和环境监测中得到广泛的研究,全光传感器器件的小型化和集成性成为未来微纳光学集成的重要发展方向。其中,光子晶体以其独特的控光特性在传感器件应用中的灵敏度、分辨率、抗干扰、响应速度、微型化、集成性等方面具有优势,在传感领域得到广泛的研究。同时,光子晶体可以同时实现高品质因子、低模式体积和小结构尺寸,是实现未来光学集成电路和光子集成设备设计的重要基础之一。硅基光子晶体微腔传感器具有折射率高和易于芯片集成的特点,提供了实现高灵敏度、强光子局域和超紧凑型传感器的能力。下一代传感器平台的发展趋势应具有出色的多路传感复用能力以提高单次探测样品的效率,因此光子晶体传感阵列成为当前研究的热点之一。在目前的传感阵列研究中,为了适配传感复用的需求,传感器的传感性能往往受到限制,主要表现为单个传感单元的灵敏度较低,受光子晶体微腔特性影响谐振的自由光谱范围较低。为了解决以上问题,本文以基于SOI的一维光子晶体纳米束微腔、二维平板光子晶体微腔、一维光子晶体带阻滤波器和弯曲硅波导功率分束器与耦合器为研究对象,通过平面波展开法数值仿真研究光子晶体结构的光子禁带性质,通过二维、三... 

【文章来源】：北京邮电大学北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 光子晶体传感器的研究概述
        1.2.1 光子晶体传感器的研究背景
        1.2.2 光子晶体传感器的研究现状和意义
    1.3 论文工作的主要内容和创新点
    1.4 论文结构安排
    参考文献
第二章 光子晶体传感器及其研究方法
    2.1 引言
    2.2 光子晶体概述
        2.2.1 光子晶体基本结构
        2.2.2 光子晶体中的麦克斯韦方程组表达
    2.3 光子晶体结构数值仿真方法
        2.3.1 平面波展开法
        2.3.2 时域有限差分法
    2.4 光子晶体传感器的基本结构和关键问题分析
        2.4.1 光子晶体传感器的基本结构
        2.4.2 光子晶体传感器研究的关键问题分析
    2.5 硅基光子晶体传感器的制作工艺和测试原理
        2.5.1 基于SOI的光子晶体结构制作工艺
        2.5.2 光子晶体传感器的测试原理
    2.6 本章小结
    参考文献
第三章 高性能硅基二维平板光子晶体微腔设计与传感性能分析
    3.1 引言
    3.2 高灵敏度对称双槽二维平板光子晶体微腔设计与传感性能分析
        3.2.1 对称双槽二维平板光子晶体微腔设计
        3.2.2 对称双槽二维平板光子晶体微腔性能分析
    3.3 滤波器集成的高性能三槽二维光子晶体微腔设计与传感性能分析
        3.3.1 三槽二维光子晶体微腔设计
        3.3.2 三槽二维光子晶体微腔传感性能分析
        3.3.3 与一维光子晶体带阻滤波器集成的三槽二维光子晶体微腔传感性能分析
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 带衬底的高性能硅基一维光子晶体纳米束微腔设计与传感性能分析
    4.1 引言
    4.2 滤波器集成的带衬底槽结构一维光子晶体纳米束微腔设计与传感性能分析
        4.2.1 高Q值高灵敏度槽结构一维光子晶体纳米束微腔设计
        4.2.2 带衬底的低旁瓣抖动渐变型一维光子晶体纳米束带阻滤波器设计
        4.2.3 滤波器集成的高自由光谱范围一维光子晶体微腔性能分析
    4.3 “混合匹配”单位晶胞一维光子晶体纳米束微腔设计与实验测试
        4.3.1 “混合匹配”单位晶胞的一维光子晶体纳米束微腔设计
        4.3.2 “混合匹配”单位晶胞一维光子晶体纳米束微腔实验制作与测试
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 基于绝缘体上硅薄膜的高性能光子晶体串并行传感复用阵列设计
    5.1 引言
    5.2 超宽带宽低损耗1×8Y型结分束器和8×1耦合器集成设计
        5.2.1 超宽带宽低损耗1×8 Y型功率分束器设计
        5.2.2 超宽带宽低损耗8×1功率耦合器设计
        5.2.3 超宽带宽低损耗1×8 Y功率型分束器和8×1功率耦合器级联设计
    5.3 高性能光子晶体并行传感复用阵列结构设计与性能分析
    5.4 高性能光子晶体串行传感复用阵列结构设计与性能分析
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本论文研究工作总结
    6.2 后续研究工作展望
    参考文献
附录: 符号和缩略语中英文对照表
致谢
博士期间发表的学术论文与授权专利清单


【参考文献】：
期刊论文
[1]覆层介质对光子晶体生物传感器灵敏度的影响[J]. 童凯,曾文智,谷朝聪,王会波,卢建如.  中国激光. 2013(02)
[2]光子晶体传感器的研究进展[J]. 傅小勤,郭明,张晓辉,战胜鑫,王娜.  材料导报. 2011(03)
[3]三角形银纳米柱阵列传感乙醇气体方法[J]. 马文英,杨欢,姚军,刘娟意,李飞,唐东升.  光子学报. 2010(09)
[4]基于空芯光子晶体光纤的全光纤法布里-珀罗干涉式加速度传感器[J]. 柯涛,朱涛,饶云江,徐敏,史翠华.  中国激光. 2010(01)



本文编号：3634662