عنوان

مطالعه نظری حسگر زیستی مبتنی بر بلور فوتونی یک بعدی

‭۱۷۶۵۳پ‬

per

مطالعه نظری حسگر زیستی مبتنی بر بلور فوتونی یک بعدی

/نادیا قرآنی

: فیزیک کاربردی و ستاره‌شناسی

، ‮‭۱۳۹۵‬

، میرزائی

چاپی

کارشناسی ارشد

فوتونیک گرایش فیزیک

‮‭۱۳۹۵/۱۱/۱۸‬

تبریز

حسگرهای زیستی گروهی از حسگرها هستند که از طریق غلظت و یا فعالیت عناصر شیمیایی داخل نمونه های زیستی، برای تشخیص مواد زیستی به کار می روند . این حسگرها انواع مختلفی دارند که یکی از آنها حسگر زیستی بلور فوتونی است .بلورهای فوتونی محیطی با خواص اپتیکی متناوب و اتلاف کم در اندازه های نانو هستند . این بلورها دارای باند گاف فوتونی می باشند و امکان کنترل نور را در محدوده های خاصی از طول موج های طیف الکترومغناطیسی فراهم می کنند . وجود همین باند گاف در بلور فوتونی مانع از انتشار طول موج های خاص در جهت های خاصی درون بلور می شود . لذا با استفاده از این خاصیت می توان با معرفی نقص در داخل بلور نور را کنترل نمود . این نقص ها با تغییر ساختار یا به عبارتی با تغییر جنس و ضخامت لایه ها در بلور بدست می آیند . بلورهای فوتونی طبق ساختار و قابلیت هایی که در کنترل نور بر اساس ساختار باند و حالت های نقص دارند ، از طریق روش هایی چون بررسی تغییرات ضریب شکست و اندازه لایه نقص ، تغییرات طیف عبوری و بازتاب ، تغییرات طول موج و فرکانس تشدید بر اساس امواج سطحی ، بررسی جذب سطحی و تغییر ضخامت لایه جاذب می توانند به عنوان حسگر مورد استفاده قرار بگیرند . در واقع حسگر بلور فوتونی کمیت های فیزیکی را از طریق کنترل و آشکارسازی مستقیم اندرکنش های نور-ماده آشکارسازی می کند .در این کار نظری ، طراحی ، تجزیه و تحلیل یک حسگر زیستی بلور فوتونی بر اساس ساختار بلور انجام خواهد گرفت که یک روش با حساسیت بالا برای آشکارسازی طیف گسترده ای از مواد زیستی برای کاربردهای مختلف است . در این سیستم ، تغییرات ضریب شکست لایه نقص باعث تغییر خواص نوری لایه نقص در بلور فوتونی می شود .این تغییرات می تواند برای آشکارسازی مولکول های زیستی اندرکنشی با ماده بلور فوتونی مورد استفاده قرار گیرد . این اندرکنش در حالت کلی باعث تغییر ضریب شکست و تمام خواص ماده می شود .در این پایان نامه یک حسگر زیستی بر مبنای بلور فوتونی یک بعدی تحت بازتاب داخلی کلی طراحی شده است .روش مورد استفاده برای بررسی طیف بازتابی، ماتریس انتقال می باشد .ساختار طراحی شده به صورت ‮‭substrate/Ta۲O۵/(SiO۲/ Ta۲O۵)۳/Si/Defect‬ است .حساسیت حسگر طراحی شده به میزانی است که می‌تواند تغییرات ضریب شکست ماده‌ی زیستی به اندازه‌ی ‮‭۰.۰۰۰۱‬ را شناسایی کند که منجر به تغییرات زاویه ی تشدید به میزان ‮‭۰.۰۱‬ درجه می‌شود

Biosensors are a group of sensors used to recognize biomaterials using the density or activity of chemical elements in the biosamples. These sensors include different types. One of them refers to the photonic crystal biosensor. Photonic crystals are medium with alternative optical characteristics and low loss in nano dimensions. These crystals have the photonic band gap, hence, enable us to be able to control the light in specific ranges of electromagnetic spectrum. The existence of the photonic band gap in the photonic crystal hinders the propagation of particular wavelengths in particular directions through the crystal. Therefore, using this characteristic, one can control light in the crystal by introducing defect in the crystal. These defects are obtained by varying the structure of the crystal, i.e., by changing the substance or thickness of the layers in the crystal. Photonic crystals, regarding their structure and ability of controlling light based on the band structure and defects mode, can be used as sensors via different methods such as evaluation of refraction index variations and size of the defective layer, the variation of transmission and reflection spectrums, the resonance frequency and wavelength variations regarding the surface waves, adsorption and the variation in the absorbing layer's thickness. In fact, the photonic crystal sensor detects the physical quantities by direct controlling and detecting of the light-material interactions. In this theoretical work, we design and analyze a photonic crystal biosensor based on the crystal structure that is a high sensitivity method for spread spectrum detection of biomaterials in different applications. In this system, the refraction index variations of the defect layer yields variations in the light characteristics in the photonic crystal. These variations can be used to for detecting the interactions of biomolecules with the photonic crystal material. In general, this interaction results in the change of the refraction index and all of the material's characteristics. In this thesis, a 1D photonic crystal based biosensor in total internal reflection is introduced. The transfer matrix method is used to evaluate the reflectance. The proposed structure is substrate/Ta2O5/(SiO2/ Ta2O5)3/Si/Defect. The sensitivity of the introduced structure is in a way that can detect biomaterials refractive index changes of 0.0001 that causes resonance angle changes of 0.01

قرآنی، نادیا

احمدی کندی جانی، سهراب، استاد راهنما

رضایی، بهروز، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی