محمد رزاقی

در این رساله، به تحلیل، مدل سازی و طراحی زیست حسگرهای مبنی بر تشدیدکننده های نوری مد نجوای WGM پرداخته می شود. با ارائه ی روش های تحلیلی سیستماتیک برای مدل سازی سریع و دقیق این زیست حسگرها، بهینه سازی پارامترهای ساختاری تشدید کننده ها به منظور یافتن بهترین عملکرد زیست حسگری، امکان پذیر شده است. تحلیل تئوری مشددهای استوانه ای به عنوان زیست حسگرهای نوری کارآمد، ارائه می شود. این تحلیل که برپایه ی تکنیک های لام است، سیستماتیک بوده و منجر به ساده سازی فرآیند دشوار تحلیل مشخصه های الکترومغناطیسی مدهای نجوایی در مشددهای استوانه ای می شود. با این روش، طول موج های تشدید و پروفایل های شدت میدان الکترومغناطیسی مدهای نجوایی با مرتبه های شعاعی (i) و زاویه ای (l) بالاتر، محاسبه شده است. تطابق های داده ی 95 % ≤ بین نتایح روش پیشنهادی ما و روش های آزمایشگاهی و عددی، صحت و دقت روش پیشنهادی را به اثبات می رسانند. همچنین نشان داده می شود که با تعمیم روش تحلیل پیشنهادی برای مشددهای استوانه ای دولایه ای، امکان بررسی ساختارهای استوانه ای سه لایه ای نیز وجود دارد. با بررسی پارامترهای ساختاری در این مشددها، بهترین حساسیت (S) برایTM WG 10 در شعاع (R) 100 µm از یک مشدد استوانه ای MgF2 نسبت به سایر زیست حسگرهای مشدد استوانه ای مشابه با جنس سیلیکا، بدست می آید. علاوه براین، در این تحقیق زیست حسگرهای برپایه ی مشددهای مدهای نجوایی مسطح بطور گسترده بررسی شده است. این زیست حسگرها در سه ساختار مشددهای میکرو حلقه، دیسک و ریس ترک MRR تشکیل شده از مواد SOI و SiON، بررسی می شوند. برای مدل سازی فوق العاده سریع (از مرتبه ی صدم ثانیه) و مؤثر از این زیست حسگرها، روش تلفیقی تبدیل کانونی و نظریه ی جفت شدگی مدها (CTM+CMT)ارائه می شود. برای اثبات صحت این روش، آزمایش های اندازه گیری طیف های خروجی مشدد حلقه SOI با شعاع 7 µm و مقادیر فاصله ی گاف 160 nm و 180 nm بین مشدد حلقه و موجبر مستقیم جفت شده به آن انجام شده است. در این حالت نیز تطابق داده ی 95 % ≤ یبن نتایج روش پیشنهادی و روش های آزمایشگاهی و همچنین شبیه سازی های نرم افزارCOMSOL وجود دارد. با این روش، دوازده پیکربند بهینه شده ی مختلف از زیست حسگرهای مبنی بر مشدد حلقه و دیسک با شرایط مصالحه بین S بالا (100 nm/RIU≤) و حد آشکارسازی ذاتی ((ILODپایین (کمتر از 1