近红外波段硅基光子晶体结构传感器件的研究

论文摘要

光子晶体是具有光子带隙特性的空间周期性结构的人工电磁材料,因其具有强大的控光能力而在多种光学功能器件中得以广泛应用,而光子晶体生物传感器就是其中之一。光学生物传感器由于具有节能环保、抗干扰能力强、响应迅速等优势而成为当前的研究热点。随着CMOS工艺和片上集成技术的快速发展,以及硅材料自身所具有的高折射率和在近红外通讯波段低损耗等优良特性,近红外波段硅基光子晶体功能器件在工作性能和制作成本等方面都具有独特优势。本文提出研究近红外波段硅基光子晶体结构传感器件,具有重要的物理意义和巨大的实际应用前景。我们提出了一种理想二维结构三角晶格光子晶体传感单元。通过改变有限大小三角晶格光子晶体入射和出射端面上介质柱的形状和尺寸(由通常的圆形改变为椭圆形,并且使相邻两列的椭圆形具有相同大小的短半轴和不同大小的长半轴),从而获得了具有强空间局域特性的表面局域模;并且在光子晶体结构的中间区域,通过改变圆形介质柱的尺寸而获得品质因子达10330的中心缺陷模。我们通过生物分子之间的特异性吸附,让不同类型的疾病标记物吸附于光子晶体不同位置的缺陷体周围,从而通过检测宽光谱中多个缺陷模对应的波长位置及其透过率的变化分析得出吸附在缺陷体周围的多类蛋白质厚度信息,最终实现对不同疾病标记物的同时检测。二维平板光子晶体在光子晶体平面内通过光子带隙调控光的传输,在第三个方向上依靠全反射控制光的传输,相比于理想二维光子晶体,其尺寸更小从而更方便于实际应用。我们通过参数优化,设计得出了具有良好传感特性的硅柱型正方晶格二维平板光子晶体传感单元,并将工作波长调整至1550nm附近。该结构可支持中间缺陷模和表面局域模的缺陷体都是圆形硅柱,从而更易于进行实验制备。硅柱的上下底面都为玻璃,微液体可以在位于两层玻璃之间的硅柱间的缝隙中流通,从而方便于实现对分析物质的动态和实时监测。通过设计不对称的传感结构,可以实现三种分析物质的七种吸附情况测量,这为接下来实验工作的顺利开展奠定了重要的理论基础。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘幸

导师: 冯帅

关键词: 光子晶体,传感器,表面模式,波导模式

来源: 中央民族大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 中央民族大学

分类号: O734

总页数: 60

文件大小: 3943K

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标签：光子晶体论文;  传感器论文;  表面模式论文;  波导模式论文;