在数字信息时代,万物互联和智能化成为一种趋势,对信息获取的要求日益增强,因此,传感器的研究倍受关注。其中,光学折射率传感器以其非接触、稳定性好、损耗小、不受电磁干扰的优势在医学诊断、生物测定以及环境分析等众多领域都得到了应用。随着光学折射率传感器应用领域的不断拓展,人们急需各种用途、多样化的光学折射率传感器。另外,为了适应科技的高速发展,对灵敏度和品质因数(Figure of Merit,FOM)等传感性能的要求也不断提升。研发新型光学折射率传感器结构,并且使其具备优异的传感性能变得很有必要。近年来,材料科学和微纳制造工艺迅速发展,使得微纳光学结构逐渐兴起。微纳光学结构可以人为设计的优点以及独特的光学特性,让其在光学传感领域大放异彩,为高性能传感提供了新思路。文中分别提出基于光子晶体结构和超表面结构的光学折射率传感器,并针对传感器的性能进行了深入探讨,主要研究内容如下: (1)对基于一维单缺陷磁光光子晶体的磁光克尔效应进行了系统讨论,首先展示了当线偏振光垂直入射到选定的一维单缺陷磁光光子晶体上时,克尔旋转角与透射波所遇到的物体的折射率存在线性依赖关系,这表明一维单缺陷磁光光子晶体可以用作基于克尔旋转角检测的折射率传感器。此外,研究发现,传感器的灵敏度和探测范围受介质层折射率、光子晶体的层数等因素的影响,经过调整优化,该传感器角灵敏度可达10～4deg/RIU数量级,而通常报道的传感器的角灵敏度一般在10～10～2 deg/RIU数量级,这一设计为制造高性能的、基于角灵敏度检测的折射率传感器提供了一种新途径。 (2)设计了一种基于Fano共振的硅金字塔超表面折射率传感器,并通过数值仿真表明,与硅矩形纳米片超表面或硅矩形环超表面相比,硅金字塔超表面适合用于产生更窄线宽和更大Q因子的Fano共振,因此,用硅金字塔超表面制成的折射率传感器具有更高的灵敏度和更高的FOM。此外,Fano共振的特性也取决于金字塔的大小,包括它的长度、宽度和厚度。通过对金字塔尺寸的优化,获得了灵敏度为931 nm/RIU、FOM为4900的硅金字塔型超表面折射率传感器。与已报道的金属超表面折射率传感器相比,硅金字塔超表面折射率传感器的灵敏度较低,但FOM要大得多。与全介质超表面折射率传感器相比,硅金字塔超表面折射率传感器具有更高的灵敏度,而且其FOM保持在较高水平。这项工作提供了一种同时具有高灵敏度和高FOM的超表面折射率传感器设计方案,在化学物质检测、医疗诊断等领域有较大的应用潜力。 ...
Copyright©2002-2026 Cnpowder.com.cn Corporation,All Rights Reserved
