基于缺陷模耦合的高传感性能光子晶体生物传感器研究

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1、学校代码：１００５２ｍｄＭｌＡ８１６１０１２Ｍ．ｉ２：ＸＸＭＩＮＺＵＵＮＩＶＥＲＳ＾ｒｇ＾ＩＴＹＯＦＣＨＩＮＡ硕士学位论文４于缺陷模耦合的高侍扇性能光子晶体生物辞感Ｉ耐‘光姓名：吴超指导教师：冯帅副教授学院：理学院专业：光学工程完成日期：２０１８．０３．２０学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个

2、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签字２０以年月？曰ｇ学位论文使用授权书根据相关规定，我校的博士、硕士学位获得者均须向中央民族大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。本人完全了解并同意中央民族大学拥有在《著作权法》规定范围内的学位论文使用权：包括纸质印刷本及电子，即１学位获得者必须按规定提交学位论文（）（版）；（２）为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读等服务；（３）根据教育部有关规定，中央民族大学向教育部指定单位提交公开的学位论文；（４）学位论

3、文作者授权学校向中国学术期刊（光盘）电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。：本人承诺本人的学位论文是在中央民族大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一；致，如因不同造成不良后果由本人自负。本人同意遵守上述规定。（保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：□不保密，□保密期限至年月止）学位论文作者暨授权人签字：ｍ２〇Ｉ？年￡月父曰Ｉ摘要光子晶体是一种具有光子带隙的周期性电介质结构，有着强

4、大的控光特性。光学生物传感器因为具有节能环保、抗干扰能力强、响应一个研究热点迅速等优势，成为当前多类生物传感器科学领域的。硅材料因为自身折射率高以及在近红外通讯波段具有低损耗的特性，被广泛用于微纳光学功能器件中。硅基光子晶体生物传感器具有灵敏度高、分辨率高、抗干扰能力强，体积小集成度高、能耗低、绿色环保、一便于复用等优势，是未来生物传感器研究的重要趋势之。因为近年ＣＭＯＳ工艺和片上集成技术的快速发展，硅基光子晶体生物传感器在工业生产的生产成本和生产规模上都存在着巨大优势，具有重大的研究价值和广阔的市场潜力。本文以一维硅基光子晶体为研究对象，利用时域

5、有限差分方法理论探讨了不同缺陷模式对光子晶体生物传感器的传感性能的影响。首先结合缺陷模的模场空间分布和透射谱中相应透射峰的波长位置随样本溶液折射率变化的灵敏度一，来分析得到不同缺陷结构类型对维硅基光子晶体生物传感器折射率灵敏度的影响规律。在此基础上，本文在保持缺陷体类型不变的条件下，利用改变缺陷体的个数、缺陷体之间耦合强度等方法，结合谐振模式的模场分布和透射谱进行分析，探究了不同耦合强度的多缺陷结构对光子晶体生物传感器传感性能的影响一。最终本文创新性地提出了种基于耦合模效应的三通道实时并行探测的高传感性能的光子晶体生物传感器，并对其工作模式的模ＩＩ

6、场分布和透射谱随样本溶液浓度（折射率）的变化进行分析，最后为了验证所设计的多通道光子晶体传感器多通道并行检测的可靠性，设计了待测样本在不同通道中检测的仿真模拟实验，并对仿真结果深入分析。本文通过仿真模拟，在将工作波长调整至１５５０ｎｍ附近的情况５下，得到折射率灵敏度Ｓ为８２０ｎｍ／ＲＩＵ，品质因子Ｑ值达到２．５ｘ１０，为高灵敏度一维光子晶体生物传感器的实验制备和实际应用打下了坚定的基础。关键词：光子晶体生物传感器缺陷模式折射率灵敏度ＩＩＩＡｂｓｔｒａｃｔＰｈｏｔｏｎｉｃｃｒｓｔａｌｓａｒｅｅｒｉｏｄｉｃｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｔｒｕｃ

7、ｔｕｒｅｓｗｉｔｈｙｐｈｏｏｎａａｎｄ－ｃｏｎｒｏｐｔｉｃｂａｎｄｇｐｓｓｔｒｏｎｇｌｉｇｈｔｔｌｌｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｏｐｔｉｃａｌｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅａｈｏｔｓｏｔｉｎｂｉｏｓｅｎｓｉｎｆｉｅｌｄｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｐｇｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｅｓｏｆｅｎｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｇｇｙ，ｐｎ