Design and simulation of photonic crystal sensor based on waveguide coupled cavity for environmental monitoring
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Date
2024-07-04
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of Msila
Abstract
EN
The environment is crucial to a healthy lifestyle and the continued existence of life on Earth.
Nonetheless, throughout the past several years, there has been a significant increase in environmental
pollution due to the world population rise along with technological improvement. For these reasons,
numerous new sensors and methods have been developed to effectively identify different types of
environmental pollution. Among all the methods proposed for environmental monitoring, photonic
crystal devices have demonstrated great potential in sensing applications due to their high sensitivity
to changes in refractive index, visual identifiability, room- temperature operability and easy
portability. Recently, integrated mid-infrared (mid-IR) photonics have gained considerable attention
due to the fact that most of the gases have their characteristic absorption peak in the mid-IR range, and
as a result, Mid-IR photonic crystal can serve as an ideal, with enormous potential for new
applications in optical interconnects and sensing. In this work, the proposed device is simulated using
Plane Wave Expansion (PWE) method and Finite-Difference Time-Domain (FDTD) algorithm. The
high performance and simple design of the proposed sensor make it a suitable candidate for
environmental monitoring.
FR
L'environnement est essentiel à un mode de vie sain et à la poursuite de la vie sur Terre.
Néanmoins, au cours des dernières années, la pollution de l'environnement a augmenté de manière
significative en raison de l'accroissement de la population mondiale et des progrès technologiques.
C'est pourquoi de nombreux nouveaux capteurs et méthodes ont été mis au point pour identifier
efficacement les différents types de pollution environnementale. Parmi toutes les méthodes proposées
pour la surveillance de l'environnement, les dispositifs à cristaux photoniques ont démontré un grand
potentiel dans les applications de détection en raison de leur grande sensibilité aux changements
d'indice de réfraction, de leur identifiabilité visuelle, de leur fonctionnement à température ambiante et
de leur facilité de transport. Récemment, la photonique intégrée dans l'infrarouge moyen (IR moyen) a
fait l'objet d'une attention considérable en raison du fait que la plupart des gaz ont leur pic d'absorption
caractéristique dans l'IR moyen et que, par conséquent, le cristal photonique IR moyen peut servir de
solution idéale, avec un potentiel énorme pour de nouvelles applications dans le domaine des
interconnexions optiques et de la détection. Dans ce travail, le dispositif proposé est simulé à l'aide de
la méthode d'expansion des ondes planes (PWE) et de l'algorithme FDTD (Finite-Difference Time-
Domain). Les performances élevées et la conception simple du capteur proposé en font un candidat
approprié pour la surveillance de l'environnement.
Description
Keywords
toxic gas sensor, Photonic crystals, waveguide, 2D CP sensor, FDTD