多孔硅缺陷光子晶体的超灵敏传感模型

本文主要探讨了多孔硅表面缺陷光子晶体作为一种新型传感器的应用潜力和特性。首先，研究者提出了一种创新的设计，即通过在多孔硅中引入敏感层和吸收介质层，形成了表面缺陷腔。多孔硅因其高效率的承载能力，被选作传感区域，能够有效地捕捉和响应待测样本。其中，吸收介质ZnS的作用是通过对其谐振波长的吸收，使得在反射光谱中出现明显的缺陷峰，这些峰的波长可以直接与样本的存在或浓度关联。 优化设计的核心在于使用反向传播神经网络对多孔硅的厚度这一关键参数进行优化。通过这种方式，研究人员能够找到使缺陷峰反射率显著降低的最佳厚度值，例如，将初始的31.23%下降至极低的0.00129%。这不仅提高了信号的灵敏度，也保证了光子晶体的稳定性和响应速度。优化后的结构具有高的品质因子(Q值)，如1537.37，表明其共振峰的宽度极窄，有利于精确测量。 文章的关键点之一是利用Goos-Hänchen位移原理来建立样本浓度与缺陷峰波长之间的关系模型。这种模型允许研究者通过测量缺陷峰的移动或变化来推断样本的浓度变化，从而实现非接触、无损的检测。在传感器性能评估中，每1%的质量分数变化可以引起2.5纳米的波长变化，显示出极高的灵敏度。 总结来说，多孔硅表面缺陷光子晶体传感器凭借其独特的结构设计、优化参数和优异的性能，为样本浓度和成分监测提供了有效的解决方案。这项研究不仅为光子晶体传感器的发展提供了新的思路，也为实际应用中的化学、生物传感器领域提供了理论基础和技术支持。