【摘 要】
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随着物联网技术的发展和光学传感器所特有的抗电磁干扰、低损耗传输等特点,光学传感器应用已渗透到人类生活的方方面面。折射率传感器在医疗药物,环境检测、智慧家居和农业等领域应用广泛。而基于光子晶体微腔的光学传感器所具有的结构多样化、可多参量测量、集成微型化等特点引起了广大学者的关注和研究。光学传感器是利用待测物与光学消逝场之间相互作用引起的光谱特性变化达到传感的目的。光子晶体良好的控光特性与光场局域性是
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随着物联网技术的发展和光学传感器所特有的抗电磁干扰、低损耗传输等特点,光学传感器应用已渗透到人类生活的方方面面。折射率传感器在医疗药物,环境检测、智慧家居和农业等领域应用广泛。而基于光子晶体微腔的光学传感器所具有的结构多样化、可多参量测量、集成微型化等特点引起了广大学者的关注和研究。光学传感器是利用待测物与光学消逝场之间相互作用引起的光谱特性变化达到传感的目的。光子晶体良好的控光特性与光场局域性是设计高灵敏度、小模式体积、器件微型化光学传感器的最优选择。本文基于光子晶体微腔结构,从光子晶体的带隙和光场局域两大特性、数值仿真的理论方法展开研究,提出了一维光子晶体纳米梁耦合一维光子晶体狭缝纳米梁腔（PCN-PCSNC）的光学结构。利用时域有限差分法仿真计算所提出光学传感结构的传输特性和光场局域特性,进而得到光学结构的传感特性。结合耦合模理论,定性分析该结构的光谱特性。在此基础上,采用控制变量和参数扫描的方式,定量分析结构参数对该结构传感特性的影响。论文主要工作内容如下:（1）阐述光子晶体的基本概念,包括两大光学特性和两大数值分析方法。同时,基于时域耦合模理论,将常见的两种微腔耦合状态,即侧边耦合和端面耦合,抽象为各光学部件,分析其传输特性,为光学传感器件的设计提供一定的理论基础和指导意义。（2）基于法诺共振原理,提出一维光子晶体纳米梁耦合一维光子晶体纳米梁腔（PCN-PCNC）的气体折射率共振结构。计算该结构的传输谱线和电场局域特性。研究发现,该结构的大部分电场局域在波导中,消逝场与待测物的作用,使得该结构灵敏度偏低。（3）为了提高传感器的灵敏度,需要设计一维光子晶体空气模式腔,达到待测物与光场的强相互作用。因此,提出一维光子晶体纳米梁耦合一维光子晶体狭缝纳米梁腔（PCN-PCSNC）结构,在一维光子晶体纳米梁腔中引入狭缝结构,计算该结构的电场局域特性,其大部分光场局域在狭缝区域中,形成空气模式腔。同时,仿真计算该结构的透射谱,计算其传感特性。同时,探索结构参数对PCN-PCSNC气体折射率器传感特性的影响。最后,将提出的结构与已有文献结构的传感特性进行对比,并结合工艺制作对其进行容差分析。
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