“微纳机电系统”课程教学方法探讨

本文从"微纳机电系统"课程的内容特点与教学方式两个方面对其教法展开了探索性研究。在课程内容方面,我们讨论了物理模型理解在该课程中的作用,强调了点面结合,系统地介绍微纳加工工艺的重要性。在教学方式上,我们增加建模软件ANSYS上机练习,提高学生的动手能力;结合工程实际问题,系统地介绍某一经典器件。     

硅氢键对波导表面光滑化影响的理论仿真

低损耗高Q值硅基纳米光波导谐振腔,是高灵敏探测器、生物传感器、光通讯器件等发展的关键。而波导表面粗糙度会造成较大的光传输损耗,是制约硅基纳米光波导谐振腔Q值提高的一个重要因素。降低硅基纳米光波导表面粗糙度已成为光波导器件发展的一个关键问题,氢退火工艺是当前改善波导表面粗糙度的一种关键技术。基于表面硅氢键流密度理论,利用Materials Studio软件模拟氢退火光滑化处理过程中硅与氢之间的反应,搜索反应过渡态,探究硅氢键、温度等因素对反应的影响。结果表明:在高温氢退火氛围下,波导表面硅原子与氢原子之间能够形成硅氢键,且温度越高,在硅氢键作用下表面硅原子迁移速率越快,表面由高能态向低能态过渡,表面光滑化效果越明显。     

基于共振光隧穿效应的角加速度传感器设计

阐述了一种基于共振光隧穿效应的角加速度传感器的设计方法,分析了其传感特性,并以共振光隧穿理论为基础,利用Mathematica软件进行了仿真分析。该加速度传感器的品质因数可以达到1.96×10⁸,远高于经典F-P腔的品质因数8.183×104。灵敏度可以达到0.1°/nm,     

条形和脊型SOI波导微环结构传感性能研究

使用时域有限差分(FDTD)方法研究了基于SOI微环谐振腔结构的条形和脊型波导,探究了微环谐振腔应用于生物传感的理论。分析了结构的几何尺寸对生物传感器灵敏度的影响。通过分析条形和脊型波导的模场分布图,解释了条形波导的灵敏度明显高于脊型波导的原因,且随着波导宽度的增加其灵敏度系数的变化遵循相同的趋势。并且,当条形波导取得最高的灵敏度系数时,其横截面是方形的,然而脊型波导的最大灵敏度值对应的却是不完全对称的几何结构。当条形波导的横截面全对称时,灵敏度达到最大值172.3 nm/RIU。     

基于SPR光谱分析的液体折射率计

为了更好地测量液体折射率，提出了一种基于表面等离子共振波长测量液体折射率的方法，采用Kretschman结构建立了模型，进行了软件仿真，并搭建实验平台进行了实验研究，分析了实验和理论之间的误差来源。结果表明，当折射率在1.33RIU~1.36RIU的范围内变化时，表面等离子共振吸收峰随液体样品折射率的变化产生了频移，其灵敏度可达4808.94nm/RIU。该方法可以准确测量液体的折射率，且系统结构简单，具有较高的灵敏度。     

KPFM测试参数对表面电势测量的影响北大核心

开尔文探针力显微镜（KPFM）是一种可以对材料表面电势进行纳米级成像的工具,是研究纳米材料表面特性的一种重要手段。高定向热解石墨（HOPG）具有表面光滑、导电性好的特点,在原子力显微镜（AFM）的KPFM模式下,向HOPG表面施加不同电压,测量HOPG的表面电势,以结果作为参照,采用控制变量法分别对比了滤波器阶数、灵敏度和驱动值三种参数对表面电势测量的影响。实验结果表明：滤波器阶数、灵敏度和驱动值均对表面电势的测量有不同程度的影响,不同程度增加滤波器阶数、灵敏度和驱动值都可以起到提升信噪比的作用,其中灵敏度的提升对信号的影响最为显著。     

基于共振光隧穿效应的加速度传感器

为了设计新型的加速度传感器，将共振光隧穿结构应用于传感元件，利用COMSOL软件对传感器的频率响应、灵敏度性能等关键要素进行了模拟仿真分析，搭建了实验平台，验证了共振光隧穿原理。结果表明，基于共振光隧穿效应结构的加速传感器在100Hz~3000Hz范围内、加速度为500m/s2的情况下，灵敏度可达到6.7dB/g。该传感器小巧轻便、结构简单，且具有较高的灵敏度，这为光学传感器的研究提供了新的方法和思路，具有广阔的应用前景。     

Au/TiO_2薄膜的制备及等离子体光催化性能研究

以TiO_2薄膜为载体,采用真空镀金和退火法制备了载金(Au)TiO_2(Au/TiO_2)薄膜光催化材料,并对制得的Au/TiO_2薄膜光催化材料进行了测试。研究结果表明:Au/TiO_2薄膜表面形貌呈岛状分布,薄膜表面Au层厚度20~80nm,相比TiO_2薄膜,Au/TiO_2薄膜在全光谱下具有更高的催化活性,在300W氙灯光源,亚甲基蓝(MB)水溶液初始浓度为20mg/L,降解时间为4h条件下,Au/TiO_2薄膜对MB的降解率最大达到94%,具有较好的降解性能。     

条形和脊型SOI 波导微环结构传感性能研究

使用时域有限差分(FDTD)方法研究了基于SOI微环谐振腔结构的条形和脊型波导,探究了微环谐振腔应用于生物传感的理论。分析了结构的几何尺寸对生物传感器灵敏度的影响。通过分析条形和脊型波导的模场分布图,解释了条形波导的灵敏度明显高于脊型波导的原因,且随着波导宽度的增加其灵敏度系数的变化遵循相同的趋势。并且,当条形波导取得最高的灵敏度系数时,其横截面是方形的,然而脊型波导的最大灵敏度值对应的却是不完全对称的几何结构。当条形波导的横截面全对称时,灵敏度达到最大值172.3 nm/RIU。     

SOI纳米光波导表面粗糙度的研究进展

SOI纳米光波导表面粗糙度会显著增加波导散射损耗,降低表面粗糙度是其在许多方面应用中亟待解决的关键问题之一。首先介绍了表面粗糙度概念,总结了表面散射损耗理论方面的研究进展。随后回顾了多种SOI纳米光波导表面粗糙度测量方法,以及在表面形貌表征中存在的问题。此外,还对几种波导表面光滑工艺进行介绍,并结合具体的工作对光波导表面粗糙度各方面研究进展进行了总结。