摘要：19世纪60年代麦克斯韦在总结前人成果的基础上整理出了著名的麦克斯韦方程组，第一次以论述上确立了电磁学的论述系统，实现了电、磁、光的统一，并预言了电磁波的有着。随着人们对电磁波传播特性的探讨，科研人员发现电磁波的一些波谱不能够在某些晶体中传播，在介电常数呈周期性分布的介质结构中的电磁波的某些频率是被禁止的,通常称这些被禁止的频率区间为“光子频率禁带”,而将具有“光子频率禁带”或者具有特殊色散特性的周期人工材料称作为光子晶体[1]。20世纪40年代，德国在世界上首次研制出了第一只微陀螺加速度计，在此后的半个多世纪里，微加速度计迅速的以军事领域扩展到民用商业领域，并带动了MEMS产业的进展。随着科技的进步，人们对加速度计的灵敏度、测量范围、稳定性等方面的指标提出了更高的要求，如何才能以根本上解决传统体硅加速度计的灵敏度和量程之间的矛盾，研制出温度漂移小、迟滞效应小的高性能的加速度计成为了加速度计领域探讨的热点。近年来，温廷敦教授提出了介观压阻效应，把宏观的压阻效应拓展到介观领域，实现的是介观力电转换。类比于介观压阻效应，我们尝试把这一效应延伸到光子晶体中，探讨光子晶体在应力作用下的力光转化效应，称之为介观压光效应。本论文重点探讨了异质双周期结构的光子晶体的结构特性以及在受到轴向应力时所体现出的介观压光效应。据此设计了一种结构简单的微加速度计，用ANSYS软件进行了仿真，试验结果发现用异质双周期结构光子晶体设计的加速度计具有灵敏度高，稳定性强，并且能较好的缓解灵敏度和测量范围的矛盾，为以后高灵敏度加速度计传感器的设计提供了可行性的思路。本论文的主要工作和探讨成果包括以下几个方面：1）简要介绍了麦克斯韦方程组的物理含义及运用领域，阐述了其对电磁波论述进展的影响；介绍了电磁波的产生原理和性质，回顾了电磁波的传播特性，根据电磁波频率和波长的不同，引入了电磁波谱的概念，简要对电磁波进行了分类。2）介绍了光子晶体的概念，性质以及制备策略，阐述了浅析光子晶体所用的平面波展开法、传输矩阵法、时域有限差分法以及多重散射等几种常用策略，简要的介绍了光子晶体的运用，主要在光子晶体波导、高发射率光子晶体微波天线和光子晶体传感器方面的巨大优势。重点引入了两种新型光子晶体，即异质双周期结构的光子晶体和负折射率光子晶体，详细的说明了其结构和电磁波在其中的传播特性，为新型高灵敏度传感器的设计提供了思路。3）介绍微加速度计传感器的含义和MEMS技术，重点介绍了MEMS技术的设计策略和两种加工工艺，回顾了几种常见的加速度计的结构和设计思路，浅析了加速度计的近况以及以后的进展走势。4）简要整理了温廷敦教授提出的介观压阻效应，并据此提出了“介观压光效应”，介绍了两种基于介观压阻效应而设计的新型传感器，为将新型光子晶体运用到加速度计领域提供了论述基础。5）最后详细的阐述了异质双周期结构光子晶体加速度计的设计理念和思路，设计出一种简单结构的模型，并通过ANSYS软件进行了仿真，试验证明具有一定的可行性，为以后新型高灵敏度加速度计传感器的设计提供了思路。关键词：麦克斯韦方程组论文电磁波论文光子晶体论文介观压光论文异质双周期结构论文加速度计仿真设计论文
摘要4-6
Abstract6-12
第一章 绪论12-17
1.1 课题探讨的背景、目的和作用12-13
1.2 国内外探讨的近况13-15
1.2.1 微电子机械系统13-14
1.2.2 MEMS 加速度计行业前景14
1.2.3 微加速度计进展走势14-15
1.3 本论文的主要探讨内容15-17
第二章 麦克斯韦方程组与电磁波17-27
2.1 麦克斯韦方程组及其物理含义17-18
2.2 电磁波的性质和传播特性18-24
2.2.1 电磁波的产生18-20
2.2.2 电磁波的性质20-21
2.2.3 电磁波的能量21-23
2.2.4 电磁波的传播特性23-24
2.3 电磁谱24-25
2.4 本章小结25-27
第三章 光子晶体及其运用27-38
3.1 光子晶体的含义、性质及其制备策略27-29
3.2 光子晶体的浅析策略29-33
3.2.1 平面波展开策略29-30
3.2.2 等效转移传输矩阵策略30-32
3.2.3 时域差分或有限差分策略32
3.2.4 多重散射矩阵策略32-33
3.3 光子晶体的运用33-35
3.3.1 光子晶体波导33-34
3.3.2 高发射率光子晶体微波天线34
3.3.3 光子晶体传感器34-35
3.4 新型光子晶体结构介绍与运用35-37
3.4.1 一维异质双周期结构光子晶体35-36
3.4.2 负折射率光子晶体36-37
3.5 本章小结37-38
第四章 微传感器及加速度计38-49
4.1 微传感器及 MEMS 技术38-43
4.1.1 概述38-39
4.1.2 MEMS 技术介绍39-43
4.2 微加速度计的结构设计及其运用进展前景43-48
4.2.1 加速度计的分类及结构设计43-47
4.2.2 加速度计的运用进展前景47-48
4.3 本章小结48-49
第五章 介观效应及运用49-56
5.1 介观压阻效应49-51
5.2 介观压光效应51-52
5.3 几种基于介观效应的微传感器介绍52-54
5.3.1 介观压阻型硅微压力传感器52-53
5.3.2 基于介观压阻效应的硅微加速度计53-54
5.4 本章小结54-56
第六章 异质双周期结构光子晶体加速度计仿真设计56-65
6.1 异质双周期光子晶体光学特性57-59
6.2 加速度计的结构设计及参数计算59-61
6.3 加速度传感器结构仿真61-62
6.4 加速度传感器模型浅析62-64
6.5 本章小结64-65
第七章 总结与展望65-68
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