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镜像对称多孔硅光子晶体的折射率传感特性
  • ISSN号:0258-7025
  • 期刊名称:《中国激光》
  • 时间:0
  • 分类:O436[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]燕山大学电气工程学院河北省测试计量技术及仪器重点实验室,河北秦皇岛066004, [2]燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004
  • 相关基金:国家自然科学基金(61201112;61172044;61475133); 河北省自然科学基金(F2013203250); 河北省普通高校学校青年拔尖人才计划项目(BJ2014056); 燕山大学青年教师自主研究计划项目(14LG013)
中文摘要:

结合光子晶体的局域特性与多孔硅特有的光学特性,提出一种镜像对称多孔硅光子晶体折射率传感结构。基于分层传输矩阵法建立传感理论模型,得出缺陷波长与其基本结构参数的关系。改变多孔硅高低折射率层的结构参数,可使缺陷峰的半峰全宽变窄,进而使其品质因数(Q值)得到提高。根据传输矩阵理论,对不同浓度甲醇蒸汽进入到该传感结构前后的反射光谱进行理论仿真,得出其光谱特性,推导出由于环境折射率影响引起的传感层等效折射率改变与缺陷峰漂移之间的数学模型,并进行数值模拟分析。结果显示:该传感器结构的Q值为3114.75,灵敏度为903.9 nm/RIU,可为微型化与高分辨率传感器的设计提供一定的技术参考。

英文摘要:

Based on the local characteristics of photonic crystals and the optical sensing principle of porous silicon,the mirror symmetrical porous silicon photonic crystal index sensing structure is proposed. The sensing theoretical model is obtained based on layered transfer matrix method. The relationship between the resonant wavelength and the structural parameters of the porous silicon photonic crystal is deduced. By adjusting the structure parameters of porous silicon for both high and low refractive index layers, the full width at half maximum of the band gap will be narrowed and the quality factor(Q value) can be improved. Based on the transfer matrix method, when the methanol vapors with different concentrations enter the porous silicon photonic crystal index sensor structure, the theoretical simulation is performed using MATLAB. The relationship model between the change of the resonant peak wavelength and the variation of the effective refractive index for the porous silicon layer is established, and the refractive index sensing properties are analyzed in the numerical simulation. The simulation results show that the Q value of the refractive index sensing structure is 3114.75 and the sensitivity can attain to 903.9 nm/RIU, which demonstrate the effectiveness of the sensing structure, and it can provide certain practical reference value for the design of high Q and high sensitive refractive index sensors.

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期刊信息
  • 《中国激光》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国光学学会 中国科学院上海光学精密机械研究所
  • 主编:周炳琨
  • 地址:上海市嘉定区清河路390号
  • 邮编:201800
  • 邮箱:cjl@siom.ac.cn
  • 电话:021-69917051
  • 国际标准刊号:ISSN:0258-7025
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1339/TN
  • 邮发代号:4-201
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,物理学类核心期刊,无线电子学·电信技术类核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:26849