基于有槽光子晶体纳米梁腔的折射率传感器研究

论文摘要

随着科技的发展,在光电子技术领域中,基本的材料和结构已经不能满足社会发展的需求。光子晶体纳米梁腔(Photonic Crystal Nanobeam Cavity,PCNC)因为具备体积小、易于存储能量,具有较高的品质因子和较小的模体积等优良的特性,越来越受到研究者的青睐,在诸如探测器、滤波器、调制器以及低阈值激光器、光存储、折射率传感器等领域具有非常广泛的应用。为构建和发展新型的具有优良传感性能的折射率传感器,为实际制备具有高灵敏度和高可靠性的折射率传感器提供理论依据和指导原则,本文在前期研究的基础上,设计和提出了两种新型的有槽光子晶体纳米梁腔,并采用数值模拟方法研究了基于这两种有槽光子晶体纳米梁腔的折射率传感器的传感性能。本论文的主要研究内容和结论为以下几个方面:1)设计并提出了一种新型的有槽H型光子晶体纳米梁腔,利用平面波展开法对其能带结构进行了分析,利用时域有限差分方法研究了不同结构参数下有槽H型光子晶体纳米梁腔的品质因子、模体积等光学特性,再对基于有槽H型光子晶体纳米梁腔的折射率传感器的传感性能进行了研究,结果表明该折射率传感器的品质因子为2×10~6、模体积为0.035(λ/n)~3、灵敏度为704.17 nm/RIU。2)设计并提出了一种新型的有槽鱼骨型光子晶体纳米梁腔,同样利用平面波展开法分析了其能带结构,通过时域有限差分方法研究了有槽鱼骨型光子晶体纳米梁腔在不同结构参数下的品质因子、模体积等光学特性。最后对有槽鱼骨型光子晶体纳米梁腔的折射率传感器的传感性能进行了研究,结果表明该折射率传感器的品质因子为3.5×10~6、模体积为0.0216(λ/n)~3和灵敏度为514.75 nm/RIU。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 光子晶体简介
•     1.2.1 光子晶体概述与基本原理
•     1.2.2 光子晶体分类与科学意义
•   1.3 光子晶体纳米梁腔传感器的研究概况
•     1.3.1 光子晶体纳米梁腔传感器的基本结构
•     1.3.2 光子晶体纳米梁腔传感器的研究现状及意义
•   1.4 光子晶体的应用
•   1.5 本论文研究的主要内容
• 第2章 理论基础与计算方法
•   2.1 引言
•   2.2 麦克斯韦方程组
•   2.3 平面波展开法
•   2.4 时域有限差分法
•   2.5 光子晶体纳米梁腔传感器的重要光学参数
•   2.6 本章小结
• 第3章 基于有槽H型光子晶体纳米梁腔的折射率传感器研究
•   3.1 引言
•   3.2 有槽H型光子晶体纳米梁腔
•     3.2.1 能带结构分析
•     3.2.2 结构设计与光场特性
•     3.2.3 结构参数对光学特性的影响
•   3.3 有槽H型光子晶体纳米梁腔传感器的传感特性
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于有槽鱼骨型光子晶体纳米梁腔的折射率传感器研究
•   4.1 能带结构分析
•   4.2 光学性能研究
•   4.3 有槽鱼骨型光子晶体纳米梁腔传感器的传感特性
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、攻读硕士期间完成的论文情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 伏耀龙

导师: 邓超生

关键词: 时域有限差分法,品质因子,模式体积,高灵敏度,平面波展开法

来源: 湘潭大学

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,材料科学,自动化技术

单位: 湘潭大学

分类号: O734;TB383.1;TP212

DOI: 10.27426/d.cnki.gxtdu.2019.001742

总页数: 45

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