一维光子晶体磁场和温度传感的研究
发布时间：2023-01-30 19:03
磁场传感器产业近年来增长势头强劲,其中中等强度磁场传感器广泛应用于环境磁场监测、导航、军火探测、探矿、交通控制、机场安检、生物医学、智能电网监控等方面。一维光子晶体传感器因其独特的光子局域特性和设计上的灵活性,集体积小、灵敏度高、抗电磁干扰等优势于一身,为设计高性能传感器提供了新思路。磁场的检测一般会受到环境温度的影响,基于一维光子晶体研制了适用于中等强度磁场检测的光学型磁场和温度双参量传感器,可以解决目前磁场传感器没有消除温度的交叉敏感性,同时相对电学型的磁场传感器又可以增强抗干扰能力、提高响应速度,对磁场传感器产业具有实际意义和应用价值。本文首先提出了一种新型一维磁流体缺陷光子晶体磁场、温度传感结构,采用有限元数值方法、利用COMSOL Multiphysics在完美匹配层与散射边界条件对所设计结构的传感特性进行了性能分析和参数优化,讨论了结构参数对磁场、温度传感特性的影响。通过优化得到一维光子晶体的周期为7、缺陷层的厚度为577.58nm时,该结构在磁场为10~35mT和温度为0~50℃的范围内磁场和温度传感灵敏度分别为136.4pm/mT和-34pm/℃,且在该范围内具有良好的...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 光子晶体的特性及其应用
1.2.1 光子晶体的特性
1.2.2 光子晶体的应用
1.3 一维光子晶体传感技术的研究近况
1.3.1 一维光子晶体缺陷态传感器
1.3.2 一维光子晶体表面波传感器
1.3.3 一维光子晶体多孔硅传感器
1.4 一维光子晶体温度和磁场传感技术
1.5 本文的研究思路及主要内容
第二章 一维光子晶体传感的基本理论和数值方法
2.1 一维光子晶体传感的基本理论
2.1.1 光学局域态的基本理论
2.1.2 DBR-Ag结构中OTS的形成机理
2.1.3 基于一维光子晶体光学局域态的传感机制和理论模型
2.2 光子晶体的数值计算方法
2.2.1 传输矩阵法
2.2.2 平面波展开法
2.2.3 时域有限差分法
2.2.4 有限元法
2.4 本章小结
第三章 一维缺陷态光子晶体磁场和温度传感
3.1 一维缺陷态光子晶体传感结构和机制的设计
3.1.1 敏感材料选择
3.1.2 传感结构设计
3.1.3 传感机制
3.2 一维缺陷态光子晶体传感结构的基本性能
3.2.1 反射谱和电场特性
3.2.2 Q值特性
3.3 结构参数对反射谱的影响
3.3.1 一维光子晶体的周期数对反射谱的影响
3.3.2 缺陷层的厚度对反射谱的影响
3.4 一维缺陷光子晶体磁场和温度传感性能分析
3.4.1 一维磁流体缺陷光子晶体传感器的磁场传感特性
3.4.2 一维磁流体缺陷光子晶体传感器的温度传感特性
3.5 本章小结
第四章 基于缺陷态和Tamm态的一维光子晶体磁场和温度双参量传感研究
4.1 一维光子晶体双参量传感结构和机制的设计
4.1.1 金属材料选择
4.1.2 传感结构和传感机制设计
4.1.3 传感结构的基本性能
4.2 结构参数对反射谱的影响
4.2.1 金属种类对反射谱的影响
4.2.2 周期层数对反射谱的影响
4.2.3 缺陷层的厚度对反射谱的影响
4.2.4 金属层的厚度对反射谱的影响
4.3 一维光子晶体缺陷态和Tamm态磁场和温度传感特性研究
4.3.1 一维光子晶体缺陷态和Tamm态传感器品质因数Q值特性分析
4.3.2 一维光子晶体缺陷态和Tamm态传感器灵敏度特性分析
4.4 磁场温度交叉灵敏的消除和双参量传感的线性拟合分析
4.5 一维光子晶体磁场和温度传感系统和传感器主要工艺
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]斜面透镜光纤在反射式光纤位移传感器中的应用（英文）[J]. 杨瑞峰,郎国伟,郭晨霞,张鹏,胡晨昊,盖婷. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2018(03)
[2]基于磁流体的一维光子晶体磁场传感器的研究[J]. 高金霞,武继江. 激光与红外. 2017(12)
[3]基于有限元法的一维光子晶体光学特性分析[J]. 李志鹏,高悦豪,王震宇,麻鸿祥,武校刚. 测试技术学报. 2017(03)
[4]三波长光子晶体耦合波分复用器的设计与仿真[J]. 朱蒙,赵二俊,杜云刚. 科学技术与工程. 2016(01)
[5]基于光子晶体的压力传感器特性分析[J]. 赵年顺. 科技视界. 2015(33)
[6]基于锥形光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉的曲率传感器实验研究[J]. 付兴虎,谢海洋,朱洪彬,付广伟,毕卫红. 光学学报. 2015(05)
[7]一维镜像空气栅光子晶体折射率传感特性研究[J]. 陈颖,石佳,刘腾,董晶. 光学学报. 2014(11)
[8]不同对称性条件下光子晶体局域态的演化[J]. 周年杰,黄伟其,苗信建,黄忠梅,尹君. 贵州大学学报(自然科学版). 2014(05)
[9]光子晶体应用研究进展[J]. 闫刚印,王继刚. 中国材料进展. 2014(Z1)
[10]基于新型数字传感器的智能在线分析仪设计[J]. 王稳稳,程明霄,顾雪梅,岳文. 仪表技术与传感器. 2013(04)
硕士论文
[1]基于光学Tamm态耦合的光子晶体传感特性研究[D]. 董晶.燕山大学 2016
[2]金属—周期性介质光学Tamm态光子器件研究[D]. 蒋瑶.电子科技大学 2014
[3]基于光纤光栅传感的分布式轴承温度测量技术研究[D]. 彭岳仑.武汉理工大学 2012
[4]基于表面等离子体共振的钯/银复合膜氢气传感器的研究[D]. 张美.武汉理工大学 2012
[5]基于磁流体和FBG的光纤磁场传感研究[D]. 丁立.武汉理工大学 2012
本文编号：3733361
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 光子晶体的特性及其应用
1.2.1 光子晶体的特性
1.2.2 光子晶体的应用
1.3 一维光子晶体传感技术的研究近况
1.3.1 一维光子晶体缺陷态传感器
1.3.2 一维光子晶体表面波传感器
1.3.3 一维光子晶体多孔硅传感器
1.4 一维光子晶体温度和磁场传感技术
1.5 本文的研究思路及主要内容
第二章 一维光子晶体传感的基本理论和数值方法
2.1 一维光子晶体传感的基本理论
2.1.1 光学局域态的基本理论
2.1.2 DBR-Ag结构中OTS的形成机理
2.1.3 基于一维光子晶体光学局域态的传感机制和理论模型
2.2 光子晶体的数值计算方法
2.2.1 传输矩阵法
2.2.2 平面波展开法
2.2.3 时域有限差分法
2.2.4 有限元法
2.4 本章小结
第三章 一维缺陷态光子晶体磁场和温度传感
3.1 一维缺陷态光子晶体传感结构和机制的设计
3.1.1 敏感材料选择
3.1.2 传感结构设计
3.1.3 传感机制
3.2 一维缺陷态光子晶体传感结构的基本性能
3.2.1 反射谱和电场特性
3.2.2 Q值特性
3.3 结构参数对反射谱的影响
3.3.1 一维光子晶体的周期数对反射谱的影响
3.3.2 缺陷层的厚度对反射谱的影响
3.4 一维缺陷光子晶体磁场和温度传感性能分析
3.4.1 一维磁流体缺陷光子晶体传感器的磁场传感特性
3.4.2 一维磁流体缺陷光子晶体传感器的温度传感特性
3.5 本章小结
第四章 基于缺陷态和Tamm态的一维光子晶体磁场和温度双参量传感研究
4.1 一维光子晶体双参量传感结构和机制的设计
4.1.1 金属材料选择
4.1.2 传感结构和传感机制设计
4.1.3 传感结构的基本性能
4.2 结构参数对反射谱的影响
4.2.1 金属种类对反射谱的影响
4.2.2 周期层数对反射谱的影响
4.2.3 缺陷层的厚度对反射谱的影响
4.2.4 金属层的厚度对反射谱的影响
4.3 一维光子晶体缺陷态和Tamm态磁场和温度传感特性研究
4.3.1 一维光子晶体缺陷态和Tamm态传感器品质因数Q值特性分析
4.3.2 一维光子晶体缺陷态和Tamm态传感器灵敏度特性分析
4.4 磁场温度交叉灵敏的消除和双参量传感的线性拟合分析
4.5 一维光子晶体磁场和温度传感系统和传感器主要工艺
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]斜面透镜光纤在反射式光纤位移传感器中的应用（英文）[J]. 杨瑞峰,郎国伟,郭晨霞,张鹏,胡晨昊,盖婷. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2018(03)
[2]基于磁流体的一维光子晶体磁场传感器的研究[J]. 高金霞,武继江. 激光与红外. 2017(12)
[3]基于有限元法的一维光子晶体光学特性分析[J]. 李志鹏,高悦豪,王震宇,麻鸿祥,武校刚. 测试技术学报. 2017(03)
[4]三波长光子晶体耦合波分复用器的设计与仿真[J]. 朱蒙,赵二俊,杜云刚. 科学技术与工程. 2016(01)
[5]基于光子晶体的压力传感器特性分析[J]. 赵年顺. 科技视界. 2015(33)
[6]基于锥形光子晶体光纤马赫-曾德尔干涉的曲率传感器实验研究[J]. 付兴虎,谢海洋,朱洪彬,付广伟,毕卫红. 光学学报. 2015(05)
[7]一维镜像空气栅光子晶体折射率传感特性研究[J]. 陈颖,石佳,刘腾,董晶. 光学学报. 2014(11)
[8]不同对称性条件下光子晶体局域态的演化[J]. 周年杰,黄伟其,苗信建,黄忠梅,尹君. 贵州大学学报(自然科学版). 2014(05)
[9]光子晶体应用研究进展[J]. 闫刚印,王继刚. 中国材料进展. 2014(Z1)
[10]基于新型数字传感器的智能在线分析仪设计[J]. 王稳稳,程明霄,顾雪梅,岳文. 仪表技术与传感器. 2013(04)
硕士论文
[1]基于光学Tamm态耦合的光子晶体传感特性研究[D]. 董晶.燕山大学 2016
[2]金属—周期性介质光学Tamm态光子器件研究[D]. 蒋瑶.电子科技大学 2014
[3]基于光纤光栅传感的分布式轴承温度测量技术研究[D]. 彭岳仑.武汉理工大学 2012
[4]基于表面等离子体共振的钯/银复合膜氢气传感器的研究[D]. 张美.武汉理工大学 2012
[5]基于磁流体和FBG的光纤磁场传感研究[D]. 丁立.武汉理工大学 2012
本文编号：3733361
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3733361.html
