[發明專利]一種基于半徑漸變型和交錯型諧振腔的光子晶體傳感器陣列

無效

• 申請號: 201310541030.9
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103575699A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 田慧平;劉琦;周健;楊大全;楊伊;紀越峰
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用半徑漸變型光子晶體平板與六個微腔構成傳感器陣列的實現方法，屬于光子晶體傳感器技術領域。

背景技術

自從80年代提出光子晶體概念，光子晶體具有的光子禁帶和光局域特性使其在濾波，調制，傳感等方面有廣泛的應用。同時由于光子晶體具有體積小，易集成的特點，因此光子晶體傳感陣列具有很強的研究價值。

到目前為止，光子晶體傳感器的研究主要集中在壓力傳感器（文獻1，Yi?Yang,Daquan?Yang,Huiping?Tian,and?Yuefeng?Ji,“Photonic?crystal?stress?sensor?with?high?sensitivity?in?double?directions?based?on?shoulder-coupled?slant?nanocavity,”Sensors?and?Actuators?A,193,pp.149-154.(2013)），生化傳感器（文獻2，M.G.Scullion,A.Di?Falco,and?T.F.Krauss,“Slotted?photonic?crystal?cavities?with?integrated?microfluidics?for?biosensing?applications,”Biosensors?and?Bioelectronics,27,101-105,(2011)），濕度傳感器（文獻3，J.Shi,V.S.Hsiao,T.R.Walker,T.J.Huang,“Humidity?sensing?based?on?nanoporous?polymeric?photonic?crystals,”Sensors?and?Actuators?B,Vol.129,pp.391–396,(2008)），折射率傳感器（文獻4，D.F.Dofner，T.Hurlimann，T.Zabel，L.H.Frandsen，G.Abstreiter，J.J.Finley.Silicon?photonic?crystal?nanostructures?for?refractive?index?sensing.APPLIED?PHYSICS?LETTERS93,181103(2008)）等等。最近幾年，光子晶體傳感器陣列是一個新的研究方向。例如（文獻5，Daquan?Yang,Huiping?Tian,and?Yuefeng?Ji,“Nanoscale?photonic?crystal?sensor?arrays?on?monolithic?substrates?using?side-coupled?resonant?cavity?arrays,”optics?express,19(21),20023-20034,(2011)），主要介紹了利用單邊耦合諧振腔構成的光子晶體折射率傳感器陣列，（文獻6，Sudeshna?Pal,Elisa?Guillermain,Rashmi?Sriram,Benjamin?L.Miller,and?Philippe?M.Fauchet,“Silicon?photonic?crystal?nanocavity-coupled?waveguides?for?error-corrected?optical?biosensing,”Biosensors?and?Bioelectronics,26,4024-4031,(2011)），設計了一種耦合腔用于差錯檢測的光子晶體生化傳感器陣列。這些結構都可以在一個光子集成板同時實現多種傳感，但是相對尺寸較大，而且可級聯的傳感器數目有限，不利于大規模集成電路的設計。

為了克服上述問題，本發明首次把漸變型光子晶體結構引入到傳感器陣列的設計中。將多個不同半徑的光子晶體結構級聯在同一塊光子集成板上，并在波導兩側交錯引入多個諧振腔實現傳感功能。本發明利用漸變型結構實現光子晶體傳感器陣列，每個傳感器相互獨立，可單獨優化，結構設計簡單，制作難度低，實際操作過程中的容錯率高。

本發明采用半徑漸變型光子晶體結構實現傳感陣列，設計不同半徑的光子晶體腔結構實現級聯，壓縮了陣列結構的尺寸，并且降低了波導級聯間的耦合損失。同時本發明的傳感陣列數目可以根據需要增加，在各個傳感區域注入不同的分析探測物質，可以實現多種不同折射率分析物的實時同步傳感。

發明內容