三维结构中折射率传感器的研究

论文摘要

经过多年的研究,低维光子晶体中光学器件的小型化已经趋于完善,光学器件的集成化越来越受到重视。相比较,三维光子晶体比一维和二维光子晶体具有更加重要的物理性质和更加丰富的调节手段。因此对三维结构中器件及其集成化的研究尤为重要。首先,采用时域有限差分方法分析、研究了 woodpile结构中折射率传感器的传感性能。当在该结构中引入单个微腔结构时,发现当微腔长度为2.5a时,其传感器的灵敏度最高,为2.06mm/RIU;当引入双微腔结构时,发现当双微腔长同为2a时,其灵敏度最高为2.46mm/RIU。其次,研究了 2D-3D结构中折射率传感器的传感性能。首先我们对二维结构中介质柱分别为方形、椭圆形的折射率传感性能进行了模拟计算.研究结果表明:介质柱方形且缺陷腔由两个介质柱组成时灵敏度达S=2.1Oμm/RIU;介质柱椭圆形且缺陷腔由四个介质柱组成时灵敏度达S=4.00μm/RIU。都可以实现良好的传感特性。接着,我们把方形介质柱的二维结构嵌入到woodpile结构中,形成了 2D-3D结构,模拟计算二维结构中微腔的大小和个数不同时的传感性能,在缺陷腔由四个介质柱组成实现了 986nm/RIU传感灵敏度。在构建了三个间隔为2a的缺陷腔后实现了775nm/RIU传感灵敏度。最后,在woodpile结构中引入锯齿波导,研究了其传输特性。发现锯齿波导的导带范围会随着相邻锯齿长度值的变化而出现明显的移动,当固定长锯齿的长度,逐渐减小另一锯齿长度时,高频带边和低频带边沿相反方向移动,导带范围变窄;当固定短锯齿的长度,逐渐增加长锯齿长度时,导带范围整体向高频方向移动。利用锯齿波导设计灵活的特点,研究了任意弯曲的锯齿波导,发现其都可以实现较好的传输特性;同时,设计了 Y型波分复用器,对输出波导采用不同锯齿长度比以实现频率选择特性,研究结果表明,确实可以实现频率的选择特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 光子晶体简介
•   1.2 光子晶体理论计算方法
•     1.2.1 平面波展开法
•     1.2.2 传输矩阵法
•     1.2.3 时域有限差分法
•   1.3 光子晶体的加工方法
•     1.3.1 机械加工法
•     1.3.2 层层叠加法
•     1.3.3 全息光刻法
•     1.3.4 胶体自组装法
•     1.3.5 电子束刻蚀
•   1.4 光子晶体应用
•     1.4.1 激光器
•     1.4.2 波分复用器
•     1.4.3 光伏应用
•     1.4.4 传感器
•   1.5 本文使用的计算软件的介绍
•   1.6 本文的研究目的及主要内容
• 第二章 三维woodpile折射率传感器
•   2.1 woodpile结构简介
•   2.2 woodpile结构中折射率传感器的设计
•   2.3 平面单微腔
•     2.3.1 提高结构品质因数
•     2.3.2 改变单个微腔长度
•   2.4 平面双微腔结构
•   2.5 空间单微腔结构
•   2.6 空间双微腔结构
•   2.7 本章小结
• 第三章 2D-3D结构中折射率传感器研究
•   3.1 2D-3D结构简介
•   3.2 2D结构的设计
•     3.2.1 方形介质柱2D结构
•     3.2.2 椭圆形介质柱2D结构
•   3.3 2D-3D结构中折射率传感的研究
•     3.3.1 单微腔
•     3.3.2 多微腔
•   3.4 本章小结
• 第四章 锯齿波导传输特性的研究
•   4.1 波导的简介
•   4.2 平面锯齿波导的传输特性
•   4.3 平面任意弯曲锯齿波导
•   4.4 非平面锯齿波导的传输特性
•   4.5 平面锯齿型Y分支波导
•   4.6 非平面锯齿型Y分支波导
•   4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师简介
• 作者简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李天宇

导师: 冯志芳

关键词: 光子晶体,时域有限差分,波导,缺陷腔,传感器,波分复用器

来源: 北京化工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,自动化技术

单位: 北京化工大学

分类号: TP212;O734

DOI: 10.26939/d.cnki.gbhgu.2019.001636

总页数: 85

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