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可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w及其生物應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2021-03-04 10:24
  光子晶體是近年來(lái)快速發(fā)展的一種具有帶隙結(jié)構(gòu)的人工晶體材料,它在光波導(dǎo)、光通信等方面具有廣泛地應(yīng)用和重要的價(jià)值。但是其在光傳輸中產(chǎn)生的強(qiáng)后向散射,會(huì)造成很大的損耗。而拓?fù)溥吘墤B(tài)(topological edge states,TESs)的發(fā)現(xiàn),加深了人們對(duì)電磁波散射傳播的理解。由于拓?fù)涞聂敯粜?拓?fù)溥吘墤B(tài)在平庸-非平庸絕緣體界面不受到結(jié)構(gòu)缺陷與無(wú)序所引起反射的影響。因此人們將拓?fù)涞母拍钜牍鈱W(xué)領(lǐng)域,設(shè)計(jì)出拓?fù)涔庾泳w(topological photonic crystals,PhCs),其拓?fù)溥吘墤B(tài)可以單向傳播,并具有無(wú)損耗、易集成、高制造容差等優(yōu)勢(shì)~([43,56])。現(xiàn)階段,人們致力于研究拓?fù)涔庾泳w中光傳輸?shù)奶匦?而動(dòng)態(tài)調(diào)控拓?fù)溥吘墤B(tài)卻很少被探索;谶@一現(xiàn)狀,本文通過(guò)改變背景折射率來(lái)調(diào)控拓?fù)涔庾泳w的傳輸特性,設(shè)計(jì)出可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w。眾所周知,許多生物分子以液晶態(tài)存在于生命體中,具有很強(qiáng)的各向異性,不同晶相呈現(xiàn)不同折射率,因此可將拓?fù)涔庾泳w應(yīng)用于生物分子液晶態(tài)的檢測(cè)中。本文設(shè)計(jì)了一種C_6結(jié)構(gòu)的拓?fù)涔庾泳w,并利用有限元法(finite element method)對(duì)其能帶及電場(chǎng)分布進(jìn)行了計(jì)算分析,通過(guò)商業(yè)軟件COMSOL Multiphysics,數(shù)值研究了光沿平庸-非平庸界面單向傳播的拓?fù)涔庾泳w。在此基礎(chǔ)上,我們以各向異性的液晶材料為背景設(shè)計(jì)出了一種可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w,通過(guò)改變液晶分子的不同向列實(shí)現(xiàn)了光散射傳播與可控傳播的兩種傳輸方式,從而達(dá)到了拓?fù)涔庾泳w對(duì)光傳播的調(diào)控。鑒于生命體中存在許多生物液晶現(xiàn)象,本文在可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w的理論基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出可見(jiàn)光波段的拓?fù)涔庾泳w,利用其可重構(gòu)性檢測(cè)生物分子液晶態(tài),并以具有各向異性的DNA分子溶液為例,仿真出該設(shè)計(jì)在液態(tài)與液晶態(tài)DNA溶液的背景下對(duì)光傳播的影響,通過(guò)光在拓?fù)涔庾泳w中是否發(fā)生散射實(shí)現(xiàn)了對(duì)DNA溶液是否處于液晶態(tài)的檢測(cè)。本文的研究不僅拓寬了拓?fù)涔庾泳w的應(yīng)用,而且在生物檢測(cè)中具有很大的潛力。
【學(xué)位授予單位】:大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2019
【分類(lèi)號(hào)】:O734
文章目錄
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 光子晶體研究背景
    1.2 拓?fù)涔庾泳w概述
    1.3 研究?jī)?nèi)容
2 拓?fù)涔庾泳w基本原理及電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算
    2.1 拓?fù)涔庾泳w基本原理
        2.1.1 贗時(shí)間反演對(duì)稱(chēng)
        2.1.2 拓?fù)涔庾泳w的k·P模型
        2.1.3 緊束縛模型
    2.2 電磁場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算
        2.2.1 有限元法
        2.2.2 T矩陣法
        2.2.3 時(shí)域有限差分法
    2.3 本章小結(jié)
3 可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w的研究
    3.1 拓?fù)淠軒Х治?/div>
    3.2 拓?fù)涔庾泳w場(chǎng)及能量傳輸
    3.3 液晶背景下的可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w
    3.4 本章小結(jié)
4 可重構(gòu)拓?fù)涔庾泳w對(duì)生物液晶的檢測(cè)
    4.1 生物分子的各向異性及生物液晶
    4.2 拓?fù)涔庾泳w對(duì)DNA分子液晶態(tài)的檢測(cè)
    4.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號(hào):2779492


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