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多腔单模光子晶体微腔性能的设计优化及其在双参量传感中的应用研究在信息技术和通信技术的发展过程中,一直延续着信息采集、信息传输、信息处理的获取和处理方式,而在最基础的信息采集部分,最关键的技术是传感技术。传感,即从自然信源中获取信息,并对之进行处理的过程。与传统的传感器相比,光子晶体传感器具有高灵敏度、低模式体积、易集成和抗电磁干扰,同时光子晶体传感器是一种光器件,对于通信的全光集成也起着很大的推动作用。在光子晶体传感中,光子晶体微腔由于其结构的多样性和高Q值、低模式体积、易集成的性能特性,使得利用光子晶体微腔传感有很多其他结构所不具有的优点。首先,结构的多样性,光子晶体微腔根据微腔结构可以分为HO、H1、Ln等多种线性微腔,以及轨道式的环形腔等,结构的多样性带来了性能的多样性。而微腔对于光子的高局域特性,使得光子晶体微腔可以优化获得高Q值和低模式体积的优点。一个微腔相对于整个光子晶体结构而言是独立的,所以我们可以根据该结构的相应比例集成到其他的光子晶体结构中,与其他结构进行耦合,并且保留其特有的优异特性。据此,本文提出一种借助两个不同结构微腔进行双参量传感的光子晶体结构。设计的第一步是设计并优化可以实现折射率传感和温度传感的二维光子晶体微腔。经过多次仿真对比,我们最终选择了L3微腔和L4微腔这两种结构作为传感的备选结构,因为其所表现出来的高Q值和高透射是传感研究中很重要的两个性能。依据传统的对于光子晶体微腔优化方法,也就是调整微腔周围空气孔的半径和位置,L3微腔的Q值可以达到15860,L4微腔的Q值可以达到7087。为了实现双参量同时传感,我们利用一个光子晶体波导将两个微腔耦合,由于两个微腔之间的相互影响,L3微腔的Q值达到16330.8,L4微腔的Q值达到8358.21,同时透射强度并没有太大变化。从中可以看出两个微腔之间的串扰是很小的,为了进一步量化两个微腔之间的串扰,我们又做了一系列的仿真研究,结果表明,两个微腔之间的串扰最大为4.51dB,进一步说明了微腔之间的低串扰。设计的第二步是相关的传感研究,对于这部分研究,我们选择了折射率和温度作为两个参量进行研究。首先,折射率在生物检测和化学检测中都是一项关键的参量,因为溶液浓度、粒子大小都会反映在折射率的变化上,所以对于折射率的检测,其应用范围会更广;其次,温度是一般检测中都必须考虑也容易忽略的参量,对于温度的控制更加容易保证研究的严谨性。经过相关的仿真研究,通过采用检测谐振峰的波长偏移,计算获得了相应的灵敏度。对于L3微腔,其折射率灵敏度为111nm/RIU,温度灵敏度为74pm/K;对于L4微腔,其折射率灵敏度为107nm/RIU,温度灵敏度为76pm/K。由此获得的灵敏度矩阵是一个满秩矩阵,这也保证了双参量同时传感的理论可行性。文章的最后一部分就是分析在实际实验过程中可能遇到的误差问题,进而分析该结构的稳定性。这一部分主要考虑了空气孔半径的偏移对于结构Q值和灵敏度的影响,通过给空气孔加-5%-10%的半径偏差,对比相应的Q

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