基于光子晶体“介观压光”“介观温光”效应的传感器仿真设计

摘要

自从介观这个概念被提出以后,人们相继发现了很多的与介观相关的物理效应。而光子晶体的发现,正是介观物理中一个很有特色的一个载体,光子晶体尺寸微小,但是它所具有的独特特性,使得它在很多领域得到了发展。传感器在人们的日常生产生活中占据着非常重要的地位,微传感器具有的尺寸小,质量轻的特点更是得到了人们的青睐。本论文大胆提出设想,将介观效应应用到微传感器中,使得微传感器的传感原理突破了原来的拘束,同时大大提高了灵敏度,为传感器家族增加了新的成员。本论文的主要内容有:
　　(1)详细的介绍了光子晶体的概念,制备方法以及光子晶体的计算方法。随后着重介绍了光子晶体现在的一些应用,现在很多的材料,例如光子晶体光纤,都开始使用这种新型的材料,以后还会有更加美好的发展前景。
　　(2)介绍了所设计的微传感器的定义,发展和应用进行了详细的介绍。微传感器的制作工艺是MEMS技术,所以接下来对MEMS工艺进行了详细的介绍,从微机电系统的定义,到它的计算过程,再到它的应用举例,最后还介绍了它的发展前景,每个步骤循序渐进,详细的介绍了微传感器和MEMS技术。为后文的研究打下了理论基础。
　　(3)介绍了各种介观物理效应。每个效应都有其特色和不同的功能,在相应的领域都有深入的研究和使用。并对每个效应做了具体的分析,为后文的应用打下了坚实的基础。
　　(4)设计了一种基于介观压光型的加速度传感器,比起传统的传感器,介观压光型的传感器是基于光子晶体材料的,所以尺寸更小,采用的介观压光效应,是利用应力和光的透射率之间的关系,在计算上的精度更加精确,随后采用ANSYS软件进行了力学的仿真和计算。仿真结果与理论结构正好相同,说明了设计的可行性。设计了基于新的介观效应——介观温光效应的一种温度传感器。这种传感器利用晶体材料对温度的敏感性,当外界环境发生变化时,导致材料性能发生变化,有光通过时的透射率会发生变化,通过检测光的透射率达到检测温度的目的。应用MATLAB绘制了温度变化,材料厚度等与光子晶体透射率的关系图。
　　全文由浅入深,由简到难,由基础到具体,全面的介绍了与文中设计的传感器相关的知识点。相信以此为基础设计的传感器会为后面的科学研究和工业以及生活都能带来更加美好的铺垫。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景，意义及前景展望

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

第二章 光子晶体的概念及应用

2.1 光子晶体的定义

2.2 光子晶体的空间结构

2.3 光子晶体的制备

2.4 光子晶体的计算方法

2.5 光子晶体的应用举例

2.6 本章小结

第三章 微传感器与MEMS技术

3.1 微传感器简介

3.2 MEMS技术

3.3 本章小结

第四章 介观物理效应

4.1 介观物理学简介

4.2 介观物理效应

4.3 本章小结

第五章 基于介观压光、介观温光效应传感器设计与仿真

5.1 介观压光型加速度传感器

5.2镜像一维光子晶体介观温光效应温度传感器

5.3 本章小结

第六章 总结与前景展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢