【摘 要】
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生物电传感器是生物电检测技术的核心传感器件,它的灵敏度与抗电磁干扰能力对生物电信号的高保真记录至关重要。相比传统电学传感器,光学传感器具有灵敏度高、体积小及抗电磁干扰能力强等特征,在生物电检测领域更有优势。因此,为了提高生物电传感器的灵敏度与集成度,本论文基于光学传感原理,仿真设计一种等离子体微环生物电传感器和一种双支节援助型等离子体生物电传感器,并对其传感性能进行分析。本论文的主要工作:1.理论
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生物电传感器是生物电检测技术的核心传感器件,它的灵敏度与抗电磁干扰能力对生物电信号的高保真记录至关重要。相比传统电学传感器,光学传感器具有灵敏度高、体积小及抗电磁干扰能力强等特征,在生物电检测领域更有优势。因此,为了提高生物电传感器的灵敏度与集成度,本论文基于光学传感原理,仿真设计一种等离子体微环生物电传感器和一种双支节援助型等离子体生物电传感器,并对其传感性能进行分析。本论文的主要工作:1.理论分析表面等离子体在生物电传感上的工作机理,建立一种金属-绝缘体-金属（Metal-Insulator-Metal,MIM）微环谐振腔的等离子体生物电传感模型,以实现mV量级及以上的生物电信号检测。2.设计一种由锥形模式转换器和MIM微环谐振腔构成的等离子体生物电传感器,以实现等离子体微环生物电传感器在低损耗硅光子芯片上的应用。利用频域耦合模理论,推导锥形模式转换器的功率传递函数,并采用有限元方法优化锥形波导的结构参数。在此基础上,进一步分析等离子体微环生物电传感器的性能。结果表明:当工作波长为1.2μm～1.6μm时,锥形模式转换器的转换效率在93%以上;传感器的波长灵敏度为7600 pm/V,能实现mV量级及以上的生物电信号感测。3.提出一种双支节援助型等离子体微环生物电传感结构,以提高等离子体微环生物电传感器的灵敏度。建立传感器的理论模型,并分析该传感器的法诺共振机理。优化双支节-微环谐振器（DS-MRR）的结构参数,并研究其电光传感性能。结果表明:双支节援助型等离子体生物电传感器的波长灵敏度为11740 pm/V,能实现亚mV量级及以上的生物电信号感测。
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