磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)業(yè)近年來(lái)增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁,其中中等強(qiáng)度磁場(chǎng)傳感器廣泛應(yīng)用于環(huán)境磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航、軍火探測(cè)、探礦、交通控制、機(jī)場(chǎng)安檢、生物醫(yī)學(xué)、智能電網(wǎng)監(jiān)控等方面。一維光子晶體傳感器因其獨(dú)特的光子局域特性和設(shè)計(jì)上的靈活性,集體積小、靈敏度高、抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì)于一身,為設(shè)計(jì)高性能傳感器提供了新思路。磁場(chǎng)的檢測(cè)一般會(huì)受到環(huán)境溫度的影響,基于一維光子晶體研制了適用于中等強(qiáng)度磁場(chǎng)檢測(cè)的光學(xué)型磁場(chǎng)和溫度雙參量傳感器,可以解決目前磁場(chǎng)傳感器沒(méi)有消除溫度的交叉敏感性,同時(shí)相對(duì)電學(xué)型的磁場(chǎng)傳感器又可以增強(qiáng)抗干擾能力、提高響應(yīng)速度,對(duì)磁場(chǎng)傳感器產(chǎn)業(yè)具有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。本文首先提出了一種新型一維磁流體缺陷光子晶體磁場(chǎng)、溫度傳感結(jié)構(gòu),采用有限元數(shù)值方法、利用COMSOL Multiphysics在完美匹配層與散射邊界條件對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的傳感特性進(jìn)行了性能分析和參數(shù)優(yōu)化,討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)磁場(chǎng)、溫度傳感特性的影響。通過(guò)優(yōu)化得到一維光子晶體的周期為7、缺陷層的厚度為577.58nm時(shí),該結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)為10~35mT和溫度為0~50℃的范圍內(nèi)磁場(chǎng)和溫度傳感靈敏度分別為136.4pm/mT和-34pm/℃,且在該范圍內(nèi)具有良好的... 

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景和意義
    1.2 光子晶體的特性及其應(yīng)用
        1.2.1 光子晶體的特性
        1.2.2 光子晶體的應(yīng)用
    1.3 一維光子晶體傳感技術(shù)的研究近況
        1.3.1 一維光子晶體缺陷態(tài)傳感器
        1.3.2 一維光子晶體表面波傳感器
        1.3.3 一維光子晶體多孔硅傳感器
    1.4 一維光子晶體溫度和磁場(chǎng)傳感技術(shù)
    1.5 本文的研究思路及主要內(nèi)容
第二章 一維光子晶體傳感的基本理論和數(shù)值方法
    2.1 一維光子晶體傳感的基本理論
        2.1.1 光學(xué)局域態(tài)的基本理論
        2.1.2 DBR-Ag結(jié)構(gòu)中OTS的形成機(jī)理
        2.1.3 基于一維光子晶體光學(xué)局域態(tài)的傳感機(jī)制和理論模型
    2.2 光子晶體的數(shù)值計(jì)算方法
        2.2.1 傳輸矩陣法
        2.2.2 平面波展開(kāi)法
        2.2.3 時(shí)域有限差分法
        2.2.4 有限元法
    2.4 本章小結(jié)
第三章 一維缺陷態(tài)光子晶體磁場(chǎng)和溫度傳感
    3.1 一維缺陷態(tài)光子晶體傳感結(jié)構(gòu)和機(jī)制的設(shè)計(jì)
        3.1.1 敏感材料選擇
        3.1.2 傳感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.1.3 傳感機(jī)制
    3.2 一維缺陷態(tài)光子晶體傳感結(jié)構(gòu)的基本性能
        3.2.1 反射譜和電場(chǎng)特性
        3.2.2 Q值特性
    3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)反射譜的影響
        3.3.1 一維光子晶體的周期數(shù)對(duì)反射譜的影響
        3.3.2 缺陷層的厚度對(duì)反射譜的影響
    3.4 一維缺陷光子晶體磁場(chǎng)和溫度傳感性能分析
        3.4.1 一維磁流體缺陷光子晶體傳感器的磁場(chǎng)傳感特性
        3.4.2 一維磁流體缺陷光子晶體傳感器的溫度傳感特性
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于缺陷態(tài)和Tamm態(tài)的一維光子晶體磁場(chǎng)和溫度雙參量傳感研究
    4.1 一維光子晶體雙參量傳感結(jié)構(gòu)和機(jī)制的設(shè)計(jì)
        4.1.1 金屬材料選擇
        4.1.2 傳感結(jié)構(gòu)和傳感機(jī)制設(shè)計(jì)
        4.1.3 傳感結(jié)構(gòu)的基本性能
    4.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)反射譜的影響
        4.2.1 金屬種類對(duì)反射譜的影響
        4.2.2 周期層數(shù)對(duì)反射譜的影響
        4.2.3 缺陷層的厚度對(duì)反射譜的影響
        4.2.4 金屬層的厚度對(duì)反射譜的影響
    4.3 一維光子晶體缺陷態(tài)和Tamm態(tài)磁場(chǎng)和溫度傳感特性研究
        4.3.1 一維光子晶體缺陷態(tài)和Tamm態(tài)傳感器品質(zhì)因數(shù)Q值特性分析
        4.3.2 一維光子晶體缺陷態(tài)和Tamm態(tài)傳感器靈敏度特性分析
    4.4 磁場(chǎng)溫度交叉靈敏的消除和雙參量傳感的線性擬合分析
    4.5 一維光子晶體磁場(chǎng)和溫度傳感系統(tǒng)和傳感器主要工藝
    4.6 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫(xiě)的論文
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請(qǐng)的專利
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]斜面透鏡光纖在反射式光纖位移傳感器中的應(yīng)用（英文）[J]. 楊瑞峰,郎國(guó)偉,郭晨霞,張鵬,胡晨昊,蓋婷.  Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2018(03)
[2]基于磁流體的一維光子晶體磁場(chǎng)傳感器的研究[J]. 高金霞,武繼江.  激光與紅外. 2017(12)
[3]基于有限元法的一維光子晶體光學(xué)特性分析[J]. 李志鵬,高悅豪,王震宇,麻鴻祥,武校剛.  測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào). 2017(03)
[4]三波長(zhǎng)光子晶體耦合波分復(fù)用器的設(shè)計(jì)與仿真[J]. 朱蒙,趙二俊,杜云剛.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2016(01)
[5]基于光子晶體的壓力傳感器特性分析[J]. 趙年順.  科技視界. 2015(33)
[6]基于錐形光子晶體光纖馬赫-曾德?tīng)柛缮娴那蕚鞲衅鲗?shí)驗(yàn)研究[J]. 付興虎,謝海洋,朱洪彬,付廣偉,畢衛(wèi)紅.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2015(05)
[7]一維鏡像空氣柵光子晶體折射率傳感特性研究[J]. 陳穎,石佳,劉騰,董晶.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2014(11)
[8]不同對(duì)稱性條件下光子晶體局域態(tài)的演化[J]. 周年杰,黃偉其,苗信建,黃忠梅,尹君.  貴州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(05)
[9]光子晶體應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 閆剛印,王繼剛.  中國(guó)材料進(jìn)展. 2014(Z1)
[10]基于新型數(shù)字傳感器的智能在線分析儀設(shè)計(jì)[J]. 王穩(wěn)穩(wěn),程明霄,顧雪梅,岳文.  儀表技術(shù)與傳感器. 2013(04)

碩士論文
[1]基于光學(xué)Tamm態(tài)耦合的光子晶體傳感特性研究[D]. 董晶.燕山大學(xué) 2016
[2]金屬—周期性介質(zhì)光學(xué)Tamm態(tài)光子器件研究[D]. 蔣瑤.電子科技大學(xué) 2014
[3]基于光纖光柵傳感的分布式軸承溫度測(cè)量技術(shù)研究[D]. 彭岳侖.武漢理工大學(xué) 2012
[4]基于表面等離子體共振的鈀/銀復(fù)合膜氫氣傳感器的研究[D]. 張美.武漢理工大學(xué) 2012
[5]基于磁流體和FBG的光纖磁場(chǎng)傳感研究[D]. 丁立.武漢理工大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3733361