The authors present a new design of high resolution and wide dynamic range photonic crystal pressure sensor. This sensor is based on two-dimensional photonic crystal with square array of silicon rods surrounded by air. The sensor consists of a photonic crystal waveguide which is coupled to a photonic crystal nanocavity. The waveguide is configured by removing one row of Si rods and nanocavity is formed by modifying the radius of one Si rod. The sensor is designed for 1300 nm–1400 nm wavelengths. Simulation results show that resonant wavelength of nanocavity is linearly shifted to larger wavelengths by increasing the pressure. The designed sensor has a linear behavior between 0.1 GPa to 10 GPa of applied pressure and 8 nm/GPa of pressure sensitivity

چکیده

نویسندگان بر مبنای کریستال فوتونی، طرحی جدید از حسگر فشار ارائه می نمایند که دارای دقت بالا و محدوده دینامیکی گسترده می باشد. این حسگر مبتنی بر کریستال فوتونی دو بعدی با آرایه مربعی میله ای سیلیکونی احاطه شده با هوا می باشد. این حسگر شامل یک موجبر کریستال فوتونی می باشد که به یک نانوکاواک کریستال فوتونی متصل است. موجبر با حذف یک ردیف از میله های Si پیکربندی شده و نانوکاواک با تغییر شعاع میلة Si تشکیل شده است. حسگر با طول موج 1300 تا 1400nm طراحی شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که طول موج تشدیدی نانوکاواک با افزایش فشار به صورت خطی به طول موج های بزرگتر تغییر یافته است. حسگر طراحی شده در فشار اعمال شده دارای یک رفتار خطی بین 0.1 تا 10 GPa و حساسیت فشار 8 nm/GPa می باشد.

1-مقدمه

از دهه گذشته، کریستال فوتونی (PhCs) برای کنترل و دستکاری نور دارای ساختار اختیاری جالب بوده است. PhCs ها ریزساختارهای دوره ای، با دوره ای با طول موج نوری می باشند که ضریب شکست مواد را در یک، دو یا سه جهت تغییر می دهند. خواص ذاتی آنها از قبیل گاف انرژی فوتونی (PBG)، بازتاب- تراگسیل، انعطاف پذیری بالا در امر طراحی و امکان ایجاد در محدوده نانومتر، امکان استفاده از این ساختار ها را در برنامه های کاربردی نظیر موجبرها، نانوتشدیدگرها، فیبرهای کریستال فوتونی ممکن می سازد [5-1]. زمینه های تحقیقاتی در مورد ساختارهای PBG، بواسطه برنامه های کاربردی جدید و متعددی که هر روزه معرفی می شود، در حال رشد انفجاری می باشند[6].

کاربرد آنها به عنوان حسگر، یک زمینه تحقیقاتی جدید می باشد که به نظر می رسد در سیستم های نانو الکترو مکانیکی (NEMS) قابل اجرا باشد. خو و همکارانش بر اساس کوپلر هم جهتPhC دو بعدی (2D)، به معرفی و تجزیه و تحلیل یک میکروحسگر جابجایی پرداختند که طیف دینامیکی بالایی دارد و در آن محدوده سنجش می تواند به بزرگی ده ها یا حتی تعداد بیشتری ثابت شبکه باشد[7]. شی و همکاران بر اساس یک PhC نانو متخلخل پلیمری که دارای برگشت پذیری و تکرارپذیری عالی [8] می باشند، به گزارش در مورد حسگر رطوبت نوری پرداختند. در مورد سایر موارد از قبیل حسگر ضریب شکست [9]، حسگر شیمیایی و حسگر نفت [10] نیز گزارش شده است...