基于光學Tamm態(tài)耦合的光子晶體傳感特性研究.pdf

1、光子晶體作為當今比較新穎的研究課題，利用其禁帶和局域特性可以設(shè)計性能優(yōu)良的光學元件，其中基于光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計制作的光學傳感器具有體積小、信號響應(yīng)速度快、檢測靈敏度高、抗電磁干擾能力強等優(yōu)點，已成為光學傳感領(lǐng)域研究的熱點問題。本文從光子晶體基本特性出發(fā)，與表面等離子型傳感器相結(jié)合，設(shè)計了含金屬插層的光子晶體結(jié)構(gòu)，進而引入石墨烯材料對其進行優(yōu)化，并對折射率傳感特性進行分析，為光子晶體傳感器的研究提供了理論支撐。主要進行以下幾個方面的研究工作

2、：
　　首先，基于表面等離子體(SPR)光學特性和光子晶體光學特性，利用光學Tamm態(tài)耦合理論，設(shè)計了含金屬插層的光子晶體傳感器。分析了傳感器的傳感機理，建立了待測溶液折射率與諧振波長的數(shù)學模型，并對光子晶體周期數(shù)、入射角度、金屬厚度參數(shù)進行優(yōu)化，使缺陷峰的半高全寬(FWHM)和品質(zhì)因數(shù)(Q值)等特性得到提高。
　　其次，基于含金屬插層的光子晶體傳感結(jié)構(gòu)，在金屬插層表面附著一層石墨烯對傳感結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。石墨烯材料具有非常高的

3、表面體積比率，有機物和生物分子的碳基環(huán)結(jié)構(gòu)和石墨烯的六元環(huán)單位可以形成堆積鍵，相對于金屬銀能有效的固定生物分子，使得電磁波與待測物充分接觸，且石墨烯的加入可以防止金屬銀的氧化。根據(jù)Goos-Hnchen相位移與諧振波長的關(guān)系分析其傳感機理，建立由待測溶液折射率與諧振波長的關(guān)系模型。在此基礎(chǔ)上，對光子晶體層數(shù)和石墨烯層數(shù)進行選擇優(yōu)化，使光譜最為理想。
　　最后，分析SPR折射率傳感器、含金屬插層的光子晶體折射率傳感器和含石墨烯材料的