基于缺陷腔的SiO2光子晶体高灵敏折射率传感器设计

本文主要探讨了SiO光子晶体缺陷腔在折射率传感领域的应用。针对传统表面等离子体共振(SPR)传感器的局限性，研究者提出了一个新颖的传感器结构设计，利用表面波谐振原理结合缺陷态光子晶体棱镜耦合机制。通过分层传输矩阵法，构建了理论模型，将古斯汉欣位移与谐振波长之间的关系转化为折射率与谐振波长的关系。这种结构中，SiO2-Al2O3-SiO2被设计为缺陷腔，取代了金膜，形成高灵敏度的折射率敏感层；而Al2O3作为吸收层，使得在反射光谱中出现明显的谐振缺陷峰，通过缺陷峰位置的变化实时反映待测样本的折射率变化。 以乙二醇溶液作为实验样本，对所设计的传感器的品质因数(Q值)和灵敏度进行了详细分析。结果显示，该传感器的灵敏度高达3596 nm·RIU-1，这意味着对于每单位相对折射率单位(RIU)的变化，光的波长会相应移动约3596纳米，这显著提高了传感器的测量精度。同时，Q值约为1087.7，表明传感器具有较长的相干长度和良好的稳定性，这对于提高传感器的信噪比和分辨能力至关重要。 这项研究的成功验证了结构设计的有效性和实用性，为高灵敏度、高Q值折射率传感器的研发提供了有力的理论支持。它不仅有助于提高光子晶体传感器在微纳光学、生物传感、环境监测等领域中的应用性能，也为未来新型传感器的设计提供了新的思路和技术路线。本文的工作为推进光子晶体在传感技术中的进一步发展做出了重要贡献。