光子晶體水凝膠傳感器的研究進展

樊雅玲 劉根起 梁迪迪 羅四輩

摘要：光子晶體水凝膠傳感器在一定外界條件刺激下，其水凝膠體系會發(fā)生膨脹或收縮，進而引起光子晶體的光子帶隙改變而產(chǎn)生響應。本文主要對光子晶體水凝膠傳感器的原理及應用現(xiàn)狀進行了綜述，并提出了展望。

關鍵詞：光子晶體；水凝膠；傳感器

中圖分類號：TQ317.4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2014）04-0083-04

1 前言

光子晶體是由2種或2種以上具有不同介電常數(shù)（折射率）的材料在空間按照一定的周期順序排列所形成的具有有序結構的材料。電磁波在這種材料中傳播時會受到由電介質(zhì)構成的周期勢場的調(diào)制，從而形成類似于半導體能帶結構的光子能帶。光子能帶之間如果沒有重疊，就會形成光子帶隙。頻率落在帶隙中的光子無法在光子晶體中傳播，所以光子晶體又被稱為光子禁帶材料[1，2]。按光子晶體折射率變化的周期性，可將其分為一維光子晶體、二維光子晶體和三維光子晶體，見圖1。

一維光子晶體是指在一個方向上具有光子帶隙的材料，圖1-A是簡單的一維光子晶體結構，它是由2種介質(zhì)交替疊層而成的。在二維方向上具有光子帶隙的材料叫二維光子晶體。典型的二維光子晶體結構（如圖1-B）是由許多二維介質(zhì)棒平行而均勻地排列而成。三維光子晶體是指在全方位上都有光子帶隙的材料（如圖1-C），落在帶隙中的光，在任何方向上都被禁止傳播[3]。光子晶體會產(chǎn)生特征性的Bragg衍射，衍射峰的波長表達式為：kλ=2d（neff2-sin2θ）1/2，其中k 為衍射級數(shù)，neff為光子晶體的平均折射率，θ為光線入射的角度（如圖1-D）。……