微纳光子技术在折射率传感器中的创新应用

"这篇文档是关于物联网智慧传输领域中基于微纳光子结构的折射率传感器的研究。文章探讨了微纳光子结构在生物化学检测中的应用，特别是针对光子晶体传感器、金属微纳结构传感器的设计与优化。" 在物联网和智慧传输中，微纳光子结构扮演着关键角色，因为它们具有对环境高度敏感的特性，能够实现高精度的检测。这些结构的尺寸通常与光波长相当，使得它们在光子集成和微流控系统中有广泛应用，可以构建微型化、智能化的片上实验室，便于进行生化检测。 近年来，随着微纳加工技术的进步，各种微纳光子结构得以实现，推动了高性能折射率传感器的发展。尽管已有许多研究致力于新型光子结构和微纳光子器件性能的提升，但现有的微纳光子结构传感器在设计、制造或实际应用中仍面临挑战，其传感性能仍有改进空间。 文章重点研究了三个方面的内容： 1. 针对光子晶体传感器设计复杂性，研究者利用光子准晶的天然缺陷模式，设计了一种十重光子准晶折射率传感器。通过伞状五束光干涉模型理论设计了二维十重光子准晶结构，并通过改变光束参数制备了不同结构的光子准晶。实验结果表明，通过优化准晶介质柱半径和传感单元尺寸，可以实现分辨率为221nm/RIU、品质因数为1478的高性能传感器，其传感单元尺寸仅为18μm×4μm。实验中还使用无顶五棱镜多光束共光路干涉装置实现了大面积制备。 2. 利用金属微纳结构的局部表面等离子体共振（LSPR）效应，研究者在近可见光波段构建了金纳米环阵列传感器。针对金纳米环随机分布可能导致的缺陷和堆叠问题，他们基于金属颗粒二聚体增强LSPR的机制，提出了一种新的传感器设计。通过有限元法分析了结构的电磁场分布和消光光谱，研究了金纳米环尺寸、晶格常数和入射角度对消光效率的影响。金纳米环阵列通过二聚体效应增强了电场强度，提高了传感器性能。 3. 文章还深入探讨了微结构光纤传感器的可能性，设计了适用于狭小环境的传感器，工作波段在1000nm以下和2000nm左右。这进一步扩展了微纳光子传感器的应用范围。 整体来看，该研究通过创新的微纳结构设计和优化，提升了折射率传感器的性能，为物联网智慧传输领域的高灵敏度检测提供了新的解决方案。这些进步对于生物医学检测、环境监测和物联网设备的智能化有着重要的实际应用价值。