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带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理

陈颖 范卉青 卢波

带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理

陈颖, 范卉青, 卢波
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  • 结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理, 在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅, 并利用其高效的承载机制, 提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构. 在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在Tamm态, 通过入射角度调制使其在缺陷腔中实现多次全反射, 并在缺陷腔中加入吸收介质, 使谐振波长在缺陷腔中完成衰荡, 从而在反射谱中得到缺陷峰; 调整光子晶体参数, 使缺陷峰的半高全宽得到优化, 提高其品质因数(Q值); 在此基础上, 根据Goos-Hänchen相位移与谐振波长的关系, 建立由待测样本折射率改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型, 并分析其折射率传感特性. 结果表明, 此生物传感结构Q值为1429, 灵敏度为546.67 nm/RIU, 证明了该传感结构的有效性, 可为高Q值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61201112, 61172044)、河北省自然科学基金(批准号: F2013203250, F2012203169)和中国博士后科学基金(批准号: 2012M510765)资助的课题.
    [1]

    Zhang H Y, Yang L Q, Meng L, Nie J C, Ning T Y, Liu W M, Sun J Y, Wang P F 2012 Chin. Phys. B 21 020601

    [2]

    Zhang D C, Yan Y R, Li Q, Yu T X, Cheng W, Wang L, Ju H X, Ding S J 2012 J. Biotechnol. 160 123

    [3]

    Endo T, Ozawa S, Okuda N, Yanagida Y, Tanaka S, Hatsuzawa T 2010 Sens. Actuat. B: Chemical 148 269

    [4]

    Li Y H, Yan Y R, Lei Y N, Zhao D, Yuan T X, Zhang D C, Cheng W, Ding S J 2014 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 120 15

    [5]

    Chen F F, Fei W J, Sun L, Li Q H, Di J W, Wu Y 2014 Sens. Actuat. B: Chemical 191 337

    [6]

    Maharana P K, Jha R 2012 Sens. Actuat. B: Chemical 169 161

    [7]

    Chen Y, Wang W Y, Yu N 2014 Acta Phys. Sin. 63 034205 (in Chinese) [陈颖, 王文跃, 于娜 2014 物理学报 63 034205]

    [8]

    Feng S, Wang Y Q 2011 Chin. Phys. B 20 104207

    [9]

    Derbali J, Abdel Malek F, Bouchriha H 2013 Optik 124 3936

    [10]

    Jiang B, Liu A J, Chen W, Xing M X, Zhou W J, Zheng W H 2010 Acta Phys. Sin. 59 8548 (in Chinese) [江斌, 刘安金, 陈微, 邢名欣, 周文君, 郑婉华 2010 物理学报 59 8548]

    [11]

    Zhang H Y, Jia Z H, L X Y, Zhou J, Chen L L, Liu R X, Ma J 2013 Biosens. Bioelectron. 44 89

    [12]

    Wu C, Rong G G, Xu J T, Pan S F, Zhu Y X 2012 Physica E 44 1787

    [13]

    Rostami A, Khezri M, Golmohammadi S 2012 Optik 123 847

    [14]

    Zhang D L, Cherkaev E, Lamoureux M P 2011 Appl. Math. Computat. 217 7092

    [15]

    Sun P, Hu M, Liu B, Sun F Y, Xu L J 2011 Acta Phys. Sin. 60 057303 (in Chinese) [孙鹏, 胡明, 刘博, 孙凤云, 许路加 2011 物理学报 60 057303]

  • [1]

    Zhang H Y, Yang L Q, Meng L, Nie J C, Ning T Y, Liu W M, Sun J Y, Wang P F 2012 Chin. Phys. B 21 020601

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    Li Y H, Yan Y R, Lei Y N, Zhao D, Yuan T X, Zhang D C, Cheng W, Ding S J 2014 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 120 15

    [5]

    Chen F F, Fei W J, Sun L, Li Q H, Di J W, Wu Y 2014 Sens. Actuat. B: Chemical 191 337

    [6]

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    [8]

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    [10]

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  • [1] 卢超, 陈伟, 罗尹虹, 丁李利, 王勋, 赵雯, 郭晓强, 李赛. 纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191896
    [2] 李闯, 李伟伟, 蔡理, 谢丹, 刘保军, 向兰, 杨晓阔, 董丹娜, 刘嘉豪, 陈亚博. 基于银纳米线电极-rGO敏感材料的柔性NO2气体传感器. 物理学报, 2020, 69(5): 058101. doi: 10.7498/aps.69.20191390
    [3] 张继业, 张建伟, 曾玉刚, 张俊, 宁永强, 张星, 秦莉, 刘云, 王立军. 高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备. 物理学报, 2020, 69(5): 054204. doi: 10.7498/aps.69.20191787
    [4] 张梦, 姚若河, 刘玉荣. 纳米尺度金属-氧化物半导体场效应晶体管沟道热噪声模型. 物理学报, 2020, 69(5): 057101. doi: 10.7498/aps.69.20191512
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    [6] 尹玉明, 赵伶玲. 离子浓度及表面结构对岩石孔隙内水流动特性的影响. 物理学报, 2020, 69(5): 054701. doi: 10.7498/aps.69.20191742
    [7] 梁晋洁, 高宁, 李玉红. 表面效应对铁\begin{document}${\left\langle 100 \right\rangle} $\end{document}间隙型位错环的影响. 物理学报, 2020, 69(3): 036101. doi: 10.7498/aps.69.20191379
    [8] 刘乃漳, 张雪冰, 姚若河. AlGaN/GaN 高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191931
    [9] 王晓雷, 赵洁惠, 李淼, 姜光科, 胡晓雪, 张楠, 翟宏琛, 刘伟伟. 基于人工表面等离激元的厚度渐变镀银条带探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强. 物理学报, 2020, 69(5): 054201. doi: 10.7498/aps.69.20191531
    [10] 周峰, 蔡宇, 邹德峰, 胡丁桐, 张亚静, 宋有建, 胡明列. 钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191989
    [11] 王瑜浩, 武保剑, 郭飚, 文峰, 邱昆. 基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191858
    [12] 张战刚, 雷志锋, 童腾, 李晓辉, 王松林, 梁天骄, 习凯, 彭超, 何玉娟, 黄云, 恩云飞. 14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比. 物理学报, 2020, 69(5): 056101. doi: 10.7498/aps.69.20191209
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-04
  • 修回日期:  2014-07-04
  • 刊出日期:  2014-12-20

带多孔硅表面缺陷腔的半无限光子晶体Tamm态及其折射率传感机理

  • 1. 燕山大学电气工程学院, 测试计量技术及仪器河北省重点实验室, 秦皇岛 066004
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61201112, 61172044)、河北省自然科学基金(批准号: F2013203250, F2012203169)和中国博士后科学基金(批准号: 2012M510765)资助的课题.

摘要: 结合表面缺陷半无限光子晶体Tamm态与多孔硅光学传感机理, 在光子晶体表面缺陷腔中引入多孔硅, 并利用其高效的承载机制, 提出基于多孔硅表面缺陷光子晶体Tamm态的折射率传感结构. 在半无限光子晶体中缺陷腔与原来的周期性分层介质结构的界面上存在Tamm态, 通过入射角度调制使其在缺陷腔中实现多次全反射, 并在缺陷腔中加入吸收介质, 使谐振波长在缺陷腔中完成衰荡, 从而在反射谱中得到缺陷峰; 调整光子晶体参数, 使缺陷峰的半高全宽得到优化, 提高其品质因数(Q值); 在此基础上, 根据Goos-Hänchen相位移与谐振波长的关系, 建立由待测样本折射率改变所导致的多孔硅表面吸附层有效折射率变化与缺陷峰值波长漂移之间的关系模型, 并分析其折射率传感特性. 结果表明, 此生物传感结构Q值为1429, 灵敏度为546.67 nm/RIU, 证明了该传感结构的有效性, 可为高Q值和高灵敏度折射率传感器的设计提供一定的理论参考.

English Abstract

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