平面光子晶体波导传感特性研究

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1、硕士学位论文平面光子晶体波导传感特性研究StudyontheSensingCharacteristicsofPlanePhotonicCrystalWaveguide作者：冷乐蒙导师：刘海副教授中国矿业大学2016年6月中图分类号O431学校代码10290UDC535密级公开中国矿业大学硕士学位论文平面光子晶体波导传感特性研究StudyontheSensingCharacteristicsofPlanePhotonicCrystalWaveguide作者冷乐蒙导师刘海申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电子科学与技术研究方向光电子答辩委员会主席任子晖

2、评阅人二○一六年六月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢转眼间走过了三个春秋，三年硕士生涯不知不觉中即将结束。在本文完成之际，向陪伴我渡过这段岁月的老师、同学、朋友、家人表示诚挚的感谢。首先要感谢我敬爱的刘海老师，本文的许多研究工作都是在刘海老师的耐心指导和大力支持下完成的。在中国矿业大学攻读学士硕士期间，刘海老师认真负责的

3、治学态度、严谨的学术思想、勤奋的工作作风、灵敏的学科前沿观察力，鞭策我在科学之路上不断前进，鼓励我攀登一座座学术的高峰，带领我领略科研世界的风景。不仅仅是在学术上给予我帮助和指导，在生活中他更是最贴心的朋友，在我孤独的时候给予我们以家的温暖。每当我遇到困惑和挫折时，他对我信任、支持和鼓励，让我再次振奋精神投入的新的生活当中。在我硕士期间取得的成绩，十分有九分归功于刘老师。另外感谢刘海老师的爱人蒲玉娟老师，在我攻读硕士期间你就像姐姐一样，在生活中给予我帮助。其次感谢中国矿业大学信电学院电子科学与技术学系的各位老师给予我的指导和帮助，你们的每一句教诲学生都铭

4、记在心。感谢我的亲人，是你们的无私奉献和鼓励支持让我能够全力以赴的投入到学习中，是你们让我在生活中有了不断前进的动力，是你们让我体会到无处不在的家庭温暖，是你们让我延续幸福和欢乐。感谢我的女友王玉洁，一直坚定的陪伴我渡过风风雨雨。感谢已经毕业的潘红帅师兄，就像兄长一般，在我入学和实习期间给予我帮助。感谢任万磊、张晓晓、杨学君、张亚、张广明等信电学院2013级硕士研究生同学，希望大家友谊长存。感谢马翰林、汪海婷、谭策、王琰、朱晟昦等我的师弟师妹们在工作和生活中对我的支持和帮助，希望你们在以后的日子里健康快乐。最后，向所有帮助和支持我的老师、同学、亲人们表示

5、感谢，感谢能够遇到你们让我渡过这美好的三年。摘要光子晶体结构特有的控光机制和灵活的结构设计，能满足传感器微型化的设计需求。本文基于硅基介质柱阵列光子晶体结构，从光子晶体固有的光子禁带效应出发，重点研究了光子晶体波导耦合、带隙导光特性及微腔光子局域特性，建立了不同内部结构的光子晶体传感分析模型。通过数值计算方法，深入分析了其传感机制，验证了在传感领域的相关应用。本文主要研究内容如下：（1）基于正方形介质柱阵列光子晶体基本结构，重点分析了光子晶体波导、光子晶体微腔的控光机理和传输特性。根据耦合模理论和自成像原理，研究了波导之间、波导与微腔之间的耦合特性，为平

6、面光子晶体波导传感器的理论研究与设计提供了指导。（2）基于光子晶体结构中缺陷对光子禁带的影响，设计了一种介质柱阵列的十字形光子晶体对称波导结构，通过时域有限差分法分析了其光场分布和透射光谱。通过合理的参数优化过程，进一步提出了对三维方向应力均敏感的传感分析模型，并计算得出该结构的应力传感灵敏度和线性区间。（3）基于耦合波导设计了一种新型平面二维光子晶体结构。该设计侧向耦合微腔和波导耦合特性能对传感区间进行选择。传感器采用微悬臂梁结构，使用FDTD方法分析了不同受力情况下耦合波导输出光谱。最终利用双通道设计有效降低了应力/温度对光信号的交叉敏感效应。关键词

7、：光子晶体；传感；光子晶体波导；耦合；交叉敏感IAbstractDuetothespecificcontrollightmechanismsandflexiblestructurecharacteristics,photoniccrystalstructurebecomemoresuitableforrequirementsofmicrosensordesign.Inthisthesis,wechoosesilicondielectricrodarrayphotoniccrystalstructureasstudyobject.Basedonintere

8、stphotonicbandgapeffectofphotoniccrystal