طراحي و شبيه سازي حسگر گاز نوين حساسيت بالا مبتني بر بلور فوتوني با ضريب شكست منفي

Design and Simulation of a New Highly Sensitive Gas Sensor Based on Negative Refraction Photonic Crystal

در اين مقاله طراحي و شبيه­ سازي يك حسگر گاز نوين حساسيت بالا، مبتني بر ساختاري تركيبي از بلورهاي فوتوني با ضرايب شكست مثبت و منفي ارائه شده است. نشان داده مي­ شود كه استفاده از بلور فوتوني با ضريب شكست منفي، با متمركز كردن توان نوري عبوري در قسمت ورودي موج­بر حاوي مواد مورد سنجش، منجر به افزايش مقدار عبوردهي حسگر مي­ شود. نتايج حاصل از شبيه­ سازي عددي با استفاده از روش FDTD دو بعدي نشان دهنده آن است كه حسگر پيشنهادي از حساسيتي برابر با 876nm/RIU و نيز عبوردهي حدود 0.7 برخوردار است. ساختار اصلاح شده حسگر كه حاصل از تعبيه يك كاواك در مركز كانال حسگري است، حساسيت 880nm/RIU ، ضريب كيفيتي برابر با 3920 و عبوردهي حدود 0.6 فراهم مي­ آورد كه حسگر پيشنهادي را مناسب براي سنجش مواد گازي مي­ سازد.

In this paper, design and simulation of a new highly sensitive gas sensor based on a hybrid photonic crystal (PC) structure, containing negative and positive refractive index sections, is presented. It has been shown that using a PC with negative refraction in the first section, the transmitted power is concentrated on the entrance of the sensing channel, and the transmission of the proposed sensor will be increased. Based on the two dimensional finite-difference time-domain (2D FDTD) simulation results, the sensitivity and the transmission of the proposed sensor are measured as 876 nm/RIU and 0.7, respectively. The modified structure, which is applicable for the gas sensing, is made using the creation of a single cavity in the center of the sensing channel. In modified structure, the sensitivity, the transmission and quality factor are measured as 880 nm/RIU, 0.6 and 3920, respectively. The simulation results show that the modified structure could well be used in the gas sensing applications.