物理学 > 光学
[提交于 2025年10月19日
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标题: 基于SIW技术的光子晶体腔用于超高灵敏度土壤湿度检测
标题: Ultra High Sensitivity Soil Moisture Detection Using Photonic Crystal Cavity with SIW Technology
摘要: 土壤养分和含水量是显著影响农业产量的两个关键因素。 因此,监测和测量含水量和土壤类型是关键要求。 本研究提出了一种以对称十字形槽为中心的二维光子晶体结构。 十字形槽作为谐振器,围绕槽的光子晶体调节谐振器的共振频率,以增强谐振器内的模式限制。 各种谐振模式位于2.1 GHz、5.2 GHz和8.1 GHz频段,分别对应S波段、C波段和X波段。 这些频段用于比较吸收情况,而上部谐振模式约为20 GHz。 带结构分析是使用平面波方法(PWM)进行的。 谐振频率是通过使用有限元法(FEM)的三维电磁(EM)仿真软件计算的,并位于光子晶体带结构的辐射模式区域。 改变入射角对传感器的吸收特性影响可以忽略不计,使其无论入射角如何都能产生准确的传感结果。 通过这种设计最大化传感器的灵敏度,在2.1 GHz谐振频率下灵敏度达到85.4%,这比基于光子晶体的SIW单列的灵敏度高出许多,在2.1 GHz时灵敏度为50.6%,此时存在约GHz量级的频率偏移。 相比之下,在所提出的設計中,频率偏移在MHz量级,从而实现了超高灵敏度。
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