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缺陷态一维光子晶体液体传感器及Fibonacci准晶光子晶体的研究

作　者: 李大海
导　师: 孙晓红
学　校: 郑州大学
专　业: 物理电子系
关键词: 光子晶体传感器 传输矩阵法 反射谱 液位测量 折射率 准晶光子晶体 Fibonacci序列
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


1987年,E.Yablonovitch和S.John分别独立提出了光子晶体的概念。光子晶体是人工晶体结构,由不同的介质材料(介电常数不同),以周期方式排列而成的。1991年,Yablonovitch通过实验制作出了第一块具有完全光子频率禁带的三维光子晶体。光子晶体的研究开始突飞猛进。光子晶体是介电常数不同的介质在一维、二维或三维空间呈周期性排列形成的结构。而一维光子晶体由于其易于制备,以及对能够更好的掌控在其中传播的光波的模式,使其受到了科研人员的广泛关注。1论文在绪论部分介绍了一维光子晶体的结构、特性、国内外研究现状,以及在光子晶体传感器方面的应用及存在的问题。2分析了常见的用于光子晶体理论计算的运算方法,对比了各种方法的优劣性,并确定采用传输矩阵法作为本文研究一维光子晶体特性的方法。3构建一维光子晶体模型,运用传输矩阵法,利用MATLAB进行数值计算和模拟,对一维光子晶体晶格周期,介质的介电常数,介质的填充因子(对禁带中心频率的位置、对禁带宽度)等参数对一维光子晶体传输特性的影响,进行了数值模拟和总结分析。4构建缺陷态一维光子晶体,并利用MATLAB模拟计算了随缺陷层厚度、填充因子变化时反射谱及缺陷模的变化规律。并根据改进模型和总结的反射谱及缺陷模的变化规律设计了缺陷态一维光子晶体液位传感器和缺陷态一维光子晶体液体折射率传感器,给出了传感器的敏感度。5运用Fibonacci序列结构构造一维准晶光子晶体,运用MATLAB编程计算,得到模拟的一维准晶晶光子晶体光学传输特性。并对比Fibonacci一维准晶光子晶体与经典周期性一维光子晶体的带隙变化情况。为准晶光子晶体的研究提供了一定的方法和经验。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-16
  1.1 光子晶体  9-12
    1.1.1 光子晶体的相关背景  9-10
    1.1.2 一维光子晶体  10
    1.1.3 一维光子晶体的研究进展与应用  10-12
  1.2 光子晶体传感器及其存在的问题  12-14
    1.2.1 光子晶体光纤传感器  12
    1.2.2 光子晶体表面波传感器  12-13
    1.2.3 光子晶体多孔硅传感器  13-14
    1.2.4 光子晶体传感器存在的问题  14
  1.3 本课题研究意义及论文主要工作  14-16
    1.3.1 本课题研究意义  14-15
    1.3.2 论文主要工作  15-16
2 光子晶体基本理论与分析方法  16-30
  2.1 光子晶体传输电磁波理论  16-19
    2.1.1 光子晶体本征方程  16-18
    2.1.2 光子带隙和电子能带的对比  18-19
  2.2 光子晶体计算方法  19-28
    2.2.1 平面波展开法(PWM)  19-23
    2.2.2 时域有限差分法(FDTD)  23-25
    2.2.3 传输矩阵法(TMM)  25-28
  2.3 本章小结  28-30
3 基于TMM法一维光子晶体光学传输特性分析  30-51
  3.1 一维光子晶体模型  30-37
    3.1.1 一维传输矩阵模型  33-34
    3.1.2 一维单层光子晶体的色散关系  34-37
  3.2 经典一维光子晶体光学传输特性  37-49
    3.2.1 周期层数N对一维光子晶体光学传输特性的影响  37-40
    3.2.2 介电常数对一维光子晶体光学传输特性的影响  40-44
    3.2.3 介质填充因子对一维光子晶体光学传输特性的影响  44-49
  3.4 本章小结  49-51
4 缺陷态一维光子晶体传感器理论基础及模拟仿真  51-58
  4.1 缺陷态一维光子晶体光学传输特性  51-55
    4.1.1 缺陷层厚度对反射谱的影响  52-53
    4.1.2 缺陷层填充因子对反射谱的影响  53-55
  4.2 缺陷态一维光子晶体液体传感器模型构建及模拟分析  55-57
    4.2.1 一维光子晶体液位传感器  55-56
    4.2.2 一维光子晶体液体折射率传感器  56-57
  4.3 本章小结  57-58
5 Fibonacci一维准晶光子晶体  58-64
  5.1 一维准晶光子晶体  58-60
  5.2 Fibonacci一维准晶光子晶体光学传输特性  60-64
6 总结与展望  64-67
  6.1 总结  64-65
  6.2 展望  65-67
参考文献  67-71
个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 物理传感器 > 光传感器
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