近年來,全光傳感器在化學安全、生物學研究和環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛的研究,全光傳感器器件的小型化和集成性成為未來微納光學集成的重要發(fā)展方向。其中,光子晶體以其獨特的控光特性在傳感器件應(yīng)用中的靈敏度、分辨率、抗干擾、響應(yīng)速度、微型化、集成性等方面具有優(yōu)勢,在傳感領(lǐng)域得到廣泛的研究。同時,光子晶體可以同時實現(xiàn)高品質(zhì)因子、低模式體積和小結(jié)構(gòu)尺寸,是實現(xiàn)未來光學集成電路和光子集成設(shè)備設(shè)計的重要基礎(chǔ)之一。硅基光子晶體微腔傳感器具有折射率高和易于芯片集成的特點,提供了實現(xiàn)高靈敏度、強光子局域和超緊湊型傳感器的能力。下一代傳感器平臺的發(fā)展趨勢應(yīng)具有出色的多路傳感復用能力以提高單次探測樣品的效率,因此光子晶體傳感陣列成為當前研究的熱點之一。在目前的傳感陣列研究中,為了適配傳感復用的需求,傳感器的傳感性能往往受到限制,主要表現(xiàn)為單個傳感單元的靈敏度較低,受光子晶體微腔特性影響諧振的自由光譜范圍較低。為了解決以上問題,本文以基于SOI的一維光子晶體納米束微腔、二維平板光子晶體微腔、一維光子晶體帶阻濾波器和彎曲硅波導功率分束器與耦合器為研究對象,通過平面波展開法數(shù)值仿真研究光子晶體結(jié)構(gòu)的光子禁帶性質(zhì),通過二維、三... 

【文章來源】：北京郵電大學北京市211工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 光子晶體傳感器的研究概述
        1.2.1 光子晶體傳感器的研究背景
        1.2.2 光子晶體傳感器的研究現(xiàn)狀和意義
    1.3 論文工作的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
    參考文獻
第二章 光子晶體傳感器及其研究方法
    2.1 引言
    2.2 光子晶體概述
        2.2.1 光子晶體基本結(jié)構(gòu)
        2.2.2 光子晶體中的麥克斯韋方程組表達
    2.3 光子晶體結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真方法
        2.3.1 平面波展開法
        2.3.2 時域有限差分法
    2.4 光子晶體傳感器的基本結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵問題分析
        2.4.1 光子晶體傳感器的基本結(jié)構(gòu)
        2.4.2 光子晶體傳感器研究的關(guān)鍵問題分析
    2.5 硅基光子晶體傳感器的制作工藝和測試原理
        2.5.1 基于SOI的光子晶體結(jié)構(gòu)制作工藝
        2.5.2 光子晶體傳感器的測試原理
    2.6 本章小結(jié)
    參考文獻
第三章 高性能硅基二維平板光子晶體微腔設(shè)計與傳感性能分析
    3.1 引言
    3.2 高靈敏度對稱雙槽二維平板光子晶體微腔設(shè)計與傳感性能分析
        3.2.1 對稱雙槽二維平板光子晶體微腔設(shè)計
        3.2.2 對稱雙槽二維平板光子晶體微腔性能分析
    3.3 濾波器集成的高性能三槽二維光子晶體微腔設(shè)計與傳感性能分析
        3.3.1 三槽二維光子晶體微腔設(shè)計
        3.3.2 三槽二維光子晶體微腔傳感性能分析
        3.3.3 與一維光子晶體帶阻濾波器集成的三槽二維光子晶體微腔傳感性能分析
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 帶襯底的高性能硅基一維光子晶體納米束微腔設(shè)計與傳感性能分析
    4.1 引言
    4.2 濾波器集成的帶襯底槽結(jié)構(gòu)一維光子晶體納米束微腔設(shè)計與傳感性能分析
        4.2.1 高Q值高靈敏度槽結(jié)構(gòu)一維光子晶體納米束微腔設(shè)計
        4.2.2 帶襯底的低旁瓣抖動漸變型一維光子晶體納米束帶阻濾波器設(shè)計
        4.2.3 濾波器集成的高自由光譜范圍一維光子晶體微腔性能分析
    4.3 “混合匹配”單位晶胞一維光子晶體納米束微腔設(shè)計與實驗測試
        4.3.1 “混合匹配”單位晶胞的一維光子晶體納米束微腔設(shè)計
        4.3.2 “混合匹配”單位晶胞一維光子晶體納米束微腔實驗制作與測試
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 基于絕緣體上硅薄膜的高性能光子晶體串并行傳感復用陣列設(shè)計
    5.1 引言
    5.2 超寬帶寬低損耗1×8Y型結(jié)分束器和8×1耦合器集成設(shè)計
        5.2.1 超寬帶寬低損耗1×8 Y型功率分束器設(shè)計
        5.2.2 超寬帶寬低損耗8×1功率耦合器設(shè)計
        5.2.3 超寬帶寬低損耗1×8 Y功率型分束器和8×1功率耦合器級聯(lián)設(shè)計
    5.3 高性能光子晶體并行傳感復用陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析
    5.4 高性能光子晶體串行傳感復用陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能分析
    5.5 本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本論文研究工作總結(jié)
    6.2 后續(xù)研究工作展望
    參考文獻
附錄: 符號和縮略語中英文對照表
致謝
博士期間發(fā)表的學術(shù)論文與授權(quán)專利清單


【參考文獻】：
期刊論文
[1]覆層介質(zhì)對光子晶體生物傳感器靈敏度的影響[J]. 童凱,曾文智,谷朝聰,王會波,盧建如.  中國激光. 2013(02)
[2]光子晶體傳感器的研究進展[J]. 傅小勤,郭明,張曉輝,戰(zhàn)勝鑫,王娜.  材料導報. 2011(03)
[3]三角形銀納米柱陣列傳感乙醇氣體方法[J]. 馬文英,楊歡,姚軍,劉娟意,李飛,唐東升.  光子學報. 2010(09)
[4]基于空芯光子晶體光纖的全光纖法布里-珀羅干涉式加速度傳感器[J]. 柯濤,朱濤,饒云江,徐敏,史翠華.  中國激光. 2010(01)



本文編號：3634662