近年來,隨著柔性光電子學的發(fā)展,其在生物醫(yī)學、生命科學和軍事科學等領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大的應用潛力。剛性基底到柔性基底的轉(zhuǎn)變使柔性集成光子器件能夠?qū)崿F(xiàn)與人體及其生物組織非平面集成的體外或體內(nèi)檢測。另外,由于支持回音壁模式（WGM）的光學諧振腔具有高品質(zhì)因數(shù)和低模式體積,因此基于WGM微腔的柔性集成光子器件可以實現(xiàn)高靈敏度生物傳感應用。然而,當器件受力彎曲時,微腔不可避免地會受到應力的作用,其中,徑向剪切應力和力-光耦合效應將分別造成腔體尺寸和有效折射率的改變,進而導致諧振波長的偏移,給探測過程引入非生物因素的影響,嚴重降低其結(jié)果的準確度,使超柔性與高靈敏度無法兼容,限制了柔性集成光子器件在生物傳感領(lǐng)域中的應用。因此,必須研究一種新方法或者新機制,消除微腔所受應力,有效控制力-光耦合,才能準確獲得生物傳感信息,真正意義上實現(xiàn)柔性微腔光子器件在生物傳感領(lǐng)域的應用。論文首先分析了柔性光子器件受力時沿薄膜堆疊方向所受應變的情況,提出適用于柔性光子器件結(jié)構(gòu)的多中性軸力學模型;然后提出兩種方法以消除力-光耦合效應對生物傳感應用造成的影響:一是從大幅度減小諧振腔附近應變分布的角度出發(fā),建立新型三明治薄膜結(jié)... 

【文章來源】：天津大學天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 基于WGM微腔的柔性光子器件
        1.2.1 WGM微腔簡介
        1.2.2 柔性WGM微腔的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀
        1.2.3 柔性WGM微腔傳感特性及應用
    1.3 基于WGM微腔的生物傳感應用
        1.3.1 WGM微腔光學生物傳感器的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 基于柔性WGM微腔生物傳感應用的優(yōu)勢及缺陷
    1.4 課題提出及研究內(nèi)容
第2章 WGM微腔理論基礎(chǔ)
    2.1 WGM微腔的工作原理
    2.2 WGM微腔的耦合模型
        2.2.1 基于傳輸光路的Yariv模型
        2.2.2 基于瑞利散射的Gorodetsky模型
    2.3 WGM微腔的性能參數(shù)
        2.3.1 消光比(ER)
        2.3.2 波峰半高全寬(FWEM)和自由光譜范圍(FSR)
        2.3.3 精細度(Finesse)和品質(zhì)因數(shù)(Q值)
        2.3.4 靈敏度(S)和探測極限(DL)
    2.4 本章小結(jié)
第3章 柔性WGM微腔的力學效應
    3.1 柔性光子器件結(jié)構(gòu)的力學模型
        3.1.1 基于薄膜堆疊結(jié)構(gòu)的梁彎曲理論
        3.1.2 多中性軸理論
    3.2 中性軸距離與倏逝波穿透深度的不匹配度
    3.3 力-光耦合效應
    3.4 本章小結(jié)
第4章 基于新型三明治薄膜結(jié)構(gòu)的生物傳感優(yōu)化
    4.1 新型三明治薄膜結(jié)構(gòu)設計模型
    4.2 新型三明治薄膜結(jié)構(gòu)對力-光耦合效應的優(yōu)化結(jié)果
    4.3 剛性體對應變減小程度的影響
        4.3.1 剛性體位置
        4.3.2 剛性體尺寸
        4.3.3 剛性體橫截面形狀
    4.4 各層材料楊氏模量對生物傳感優(yōu)化程度的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 基于新型WGM微腔結(jié)構(gòu)的生物傳感優(yōu)化
    5.1 新型WGM微腔結(jié)構(gòu)的設計模型
    5.2 新型WGM微腔中的模式分裂現(xiàn)象
        5.2.1 模式分裂產(chǎn)生原理
        5.2.2 模式分裂的數(shù)學模型
    5.3 新型WGM微腔結(jié)構(gòu)的傳感性能研究
        5.3.1 體折射率傳感性能
        5.3.2 壓力傳感性能
    5.4 基于雙傳感特性的生物傳感優(yōu)化方法及結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
參考文獻
發(fā)表論文和參加科研情況說明
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]柔性及半透明鈣鈦礦太陽能電池[J]. 顏凱,胡顯維,陳補鑫,陳思,高雪,董斌,鄒德春.  科學通報. 2017(14)
[2]Simultaneous measurement of refractive index and temperature using a microring resonator[J]. 林奈,姜瀾,王素梅,袁雷,陳強華.  Chinese Optics Letters. 2012(05)

博士論文
[1]回音壁模式微腔的耦合特性與封裝技術(shù)研究[D]. 董永超.中國科學技術(shù)大學 2016



本文編號：3198301