光子晶體馬赫-曾德爾干涉結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與傳感特性研究.pdf

1、光學(xué)傳感器是多學(xué)科綜合交叉的產(chǎn)物，其具有安全性高、檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。利用光子晶體的禁帶特性和局域特性，可以控制光子的傳播情況，制作性能突出的光子晶體傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，其具有傳輸速度快，能量損耗低，傳輸頻帶寬，抗干擾能力強(qiáng)，信息容量大，響應(yīng)速度快，體積小，集成度高，價(jià)格低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為光學(xué)傳感領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。因此，本文在研究光子晶體特性和光子晶體波導(dǎo)傳輸損耗理論基礎(chǔ)上，圍繞光子晶

2、體波導(dǎo)馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)以及優(yōu)化，提出了光子晶體波導(dǎo)MZI傳感器結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)其傳感特性進(jìn)行分析。主要研究工作如下：
　　首先，利用平面波展開法和時(shí)域有限差分法(FDTD)，研究完整光子晶體的禁帶特性和缺陷態(tài)光子晶體的傳輸特性，提出光子晶體波導(dǎo)MZI的結(jié)構(gòu)模型，分析了結(jié)構(gòu)的傳輸特性，對(duì)光子晶體直波導(dǎo)和彎曲波導(dǎo)的傳輸損耗在理論和模擬上進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)光子晶體波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)的傳輸損耗進(jìn)行理論分析。
　　其

3、次，結(jié)合FDTD對(duì)光子晶體波導(dǎo)MZI傳輸特性進(jìn)行數(shù)值模擬，用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，利用訓(xùn)練后的BP算法對(duì)光子晶體MZI結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以得到最大歸一化傳輸透射率的光子晶體波導(dǎo)MZI結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，對(duì)結(jié)構(gòu)的空氣孔填充率進(jìn)行優(yōu)化。
　　最后，采用優(yōu)化之后的光子晶體波導(dǎo)MZI模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了單臂刻槽和雙臂刻槽的光子晶體波導(dǎo)MZI傳感器，分別對(duì)兩種結(jié)構(gòu)傳感器的傳感理論進(jìn)行推導(dǎo)，采用生物樣本溶液作為待測(cè)物，對(duì)兩種結(jié)構(gòu)的傳感特性進(jìn)行對(duì)比分析，最