體聲波諧振器
關(guān)注創(chuàng)建者：C乘風破浪 創(chuàng)建時間：2022-05-11
體聲波諧振器的實例教程
薄膜體聲波諧振器(FBAR)壓電耦合仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一薄膜體聲波諧振器(FBAR)模型，一個硅襯底上挖一個空腔，然后在其上增加隔離層、下電極壓電層和上電極層，結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c13a34fa2c6945ebbbe32c149f037a96.png" alt="Untitled1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>幾何模型</strong></p><p>仿真得到結(jié)構(gòu)隨頻率響應(yīng)的電勢和振幅分布，如下圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/231c13a322424161b8a1b82b2531f400.png" alt="Untitled21.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為 3GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/03fad0bb7730490c907b7b846d5682e0.png" alt="Untitled22.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.2 GHz</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/bff03f49559f43818102007de80fedc6.png" alt="Untitled23.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>頻率為3.4 GHz</strong></p><p><img src="https
展開 近日，一項發(fā)表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環(huán)諧振器的等離子體光學(xué)生物傳感器，以其超高靈敏度、快速響應(yīng)及多細菌區(qū)分能力，有望重塑細菌檢測技術(shù)格局。
細菌檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與痛點
細菌感染仍然是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因，診斷延遲往往會加劇臨床結(jié)果。然而，傳統(tǒng)檢測手段存在顯著短板：微生物培養(yǎng)需數(shù)天時間，PCR與酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）技術(shù)依賴實驗室條件且操作復(fù)雜，難以在資源有限地區(qū)推廣應(yīng)用。即便在技術(shù)相對成熟的場景，這些方法對早期感染的低濃度細菌也常出現(xiàn)漏檢，延誤治療時機。
近年來，光學(xué)生物傳感器憑借無標記檢測、實時分析、可微型化等優(yōu)勢成為研究熱點，其中等離子體傳感器因?qū)植空凵渎首兓某呙舾行悦摲f而出。表面等離子體激元（SPPs）在金屬-介質(zhì)界面的激發(fā)，可將電磁場強局域化，極大增強光與生物分子的相互作用，為高靈敏度檢測奠定基礎(chǔ)。但現(xiàn)有技術(shù)在特異性、多參數(shù)優(yōu)化及實際環(huán)境適應(yīng)性上仍有提升空間。
MIM 雙環(huán)諧振器傳感器的設(shè)計與優(yōu)化
（一）核心結(jié)構(gòu)：MIM雙環(huán)諧振器的設(shè)計
該傳感器采用MIM雙環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，核心由兩層金屬夾一層介質(zhì)基板構(gòu)成，通過納米環(huán)與垂直臂的巧妙布局實現(xiàn)電磁場強約束。具體設(shè)計中，金納米環(huán)與金背反射器的組合被選為最優(yōu)方案——金具有優(yōu)異的等離子體共振特性與化學(xué)穩(wěn)定性，可有效減少生物環(huán)境中的干擾；絕緣介質(zhì)基板由一層制成，厚度經(jīng)優(yōu)化后確保電磁場與分析物的高效作用；傳感器整體結(jié)構(gòu)參數(shù)通過粒子群優(yōu)化（PSO）算法迭代優(yōu)化，最終確定關(guān)鍵尺寸如表1所示。
展開 簡介：
?表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
?與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
?有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
?MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
?選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
?應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
?輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
?網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
?對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
?用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp. VOL. 18, NO. 17, 17922-17927 (2010)
[2] X. S.
展開 簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
展開 簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場橫向設(shè)置為模式場剖面（使用模式求解器計算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對于諧振器，仿真時間應(yīng)該足夠長，使時域內(nèi)的場在使用脈沖時衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對銀的色散進行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計算。
**Note：峰值波長處的細微差異（與參考相比）是由于使用了不同的金屬模型。
[1] Hua Lu, et al., “Tunable band-pass plasmonic waveguide filters with nanodisk resonators,” Opt. Exp.
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簡介：
?表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
?與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
?有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel
簡介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強的光約束，對SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop
<p>本案例建立了一薄膜體聲波諧振器(FBAR)模型，一個硅襯底上挖一個空腔，然后在其上增加隔離層、下電極壓電層和上電極層，結(jié)構(gòu)如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c13a34fa2c6945ebbbe32c149f037a96.png" alt="Untitled1.png"></p><p class="ql-align-center
