一维光子晶体布洛赫表面波的传感机制研究

"基于布洛赫理论的光子晶体表面波形成及传感机理" 这篇科研文章探讨了光子晶体中的布洛赫表面波(Bloch surface wave, BSW)及其在传感应用中的潜力。布洛赫理论是固体物理学的一个基本概念，它解释了周期性结构中电子的行为，而在这里，这一理论被扩展到光子学领域，用于理解光在光子晶体中的传播特性。光子晶体是一种具有周期性排列的介质，通过调整其结构，可以控制光的传播和限制。 文章首先介绍了结合布洛赫理论和麦克斯韦方程组对一维光子晶体表面缺陷态结构的分析方法。这种缺陷态是光子晶体结构中的一个特殊区域，其中光的传播性质发生变化，导致特定波长的光能够在表面附近形成局域化的BSW。通过对BSW的理论分析，作者揭示了BSW的局域特性，即电磁场如何在缺陷层内高度集中，以及入射电磁波的波长和入射角度如何影响BSW的形成和行为。 进一步的研究集中在BSW在折射率传感中的应用。当TE（横电）偏振分量以特定角度入射到光子晶体时，会在缺陷层中引发谐振，从而增强了与待测溶液分子相互作用的电磁场。这种增强的电磁场使得光子晶体对溶液的折射率变化非常敏感。通过数值模拟，研究者得出结论，BSW的品质因数Q值可达到2620.29，灵敏度S为62°RIU（折射率单位），这意味着微小的折射率变化就能引起显著的响应，这对高精度的传感应用具有重要意义。 这种一维光子晶体结构中的BSW传感机制展示了其在检测化学物质、生物分子或其他具有特定折射率变化的物质方面的潜在应用。由于其高灵敏度和Q值，BSW传感器可以设计用于各种环境和生物医学检测，例如监测环境污染、药物浓度或生物标志物的存在。 该研究提供了关于如何利用布洛赫表面波进行高效、高灵敏度的折射率传感的深入见解，为设计新型光子传感器提供了理论基础。这一领域的进一步研究可能会推动光学传感技术的创新，尤其是在微纳米尺度上的应用。