三维结构中折射率传感器的研究
经过多年的研究，低维光子晶体中光学器件的小型化已经趋于完善，光学器件的集成化越来越受到重视。相比较，三维光子晶体比一维和二维光子晶体具有更加重要的物理性质和更加丰富的调节手段。因此对三维结构中器件及其集成化的研究尤为重要。 首先，采用时域有限差分方法分析、研究了woodpile结构中折射率传感器的传感性能。当在该结构中引入单个微腔结构时，发现当微腔长度为2.5a时，其传感器的灵敏度最高，为2.06mm/RIU;当引入双微腔结构时，发现当双微腔长同为2a时，其灵敏度最高为2.46mm/RIU。 其次，研究了2D-3D结构中折射率传感器的传感性能。首先我们对二维结构中介质柱分别为方形、椭圆形的折射率传感性能进行了模拟计算.研究结果表明:介质柱方形且缺陷腔由两个介质柱组成时灵敏度达S=2.10μm/RIU;介质柱椭圆形且缺陷腔由四个介质柱组成时灵敏度达S=4.00μm/RIU。都可以实现良好的传感特性。接着，我们把方形介质柱的二维结构嵌入到woodpile结构中，形成了2D-3D结构，模拟计算二维结构中微腔的大小和个数不同时的传感性能，在缺陷腔由四个介质柱组成实现了986nm/RIU传感灵敏度。在构建了三个间隔为2a的缺陷腔后实现了775nm/RIU传感灵敏度。 最后，在woodpile结构中引入锯齿波导，研究了其传输特性。发现锯齿波导的导带范围会随着相邻锯齿长度值的变化而出现明显的移动，当固定长锯齿的长度，逐渐减小另一锯齿长度时，高频带边和低频带边沿相反方向移动，导带范围变窄;当固定短锯齿的长度，逐渐增加长锯齿长度时，导带范围整体向高频方向移动。利用锯齿波导设计灵活的特点，研究了任意弯曲的锯齿波导，发现其都可以实现较好的传输特性;同时，设计了Y型波分复用器，对输出波导采用不同锯齿长度比以实现频率选择特性，研究结果表明，确实可以实现频率的选择特性。
折射率传感器;三维光子晶体;结构设计;传输特性
北京化工大学
硕士
物理学
冯志芳
2019
中文
TP212.14;TP202
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）