基于 SIK 技术的光子晶体腔超高灵敏度土壤水分检测
光学
2025-10-21 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
土壤养分和水分是显著影响农业生产产量的两个关键因素。因此，监测和测量水分含量及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。十字槽作为共振器，围绕的光子晶体调节共振器的共振频率，以增强共振器内的模式 confined。各种共振模式位于 2.1 GHz、5.2 GHz 和 8.1 GHz 频段，分别对应 S 带、C 带和 X 带。这些频段用于比较吸收情况，而上层共振模式的频率约为 20 GHz。采用平面波法 (PWM) 进行带结构分析。共振频率通过采用有限元法 (FEM) 的 3D 电磁 (EM) 仿真软件计算，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几乎没有影响，从而使其能够不受入射角影响地产生准确的感知结果。通过该设计最大化了传感器的灵敏度，结果显示在 2.1 GHz 共振频率处的灵敏度为 85.4%，显著高于基于单列光子晶体的 SIK 灵敏度为 50.6%。在 2.1 GHz 处，该设计的频率偏移量仅为 MHz 量级，远低于前者的 GHz 量级，从而实现超高灵敏度。
引用
@article{arxiv.2510.16922,
title = {Ultra High Sensitivity Soil Moisture Detection Using Photonic Crystal Cavity with SIW Technology},
author = {Justin Jose and Nikhil Kumar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.16922},
year = {2025}
}