[發明專利]一種波導垂直方向半徑漸變型的微腔交錯復用的光子晶體傳感器陣列結構

無效

• 申請號: 201410199682.3
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN104048942A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 田慧平;劉琦;周健;楊大全;黃利軍;張攀;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

本發明涉及一種波導垂直方向半徑漸變的光子晶體，采用四個諧振微腔交錯耦合在線缺陷波導兩側，從而構成傳感器陣列結構，屬于光子晶體傳感器技術領域。

背景技術

近幾年來，光子晶體傳感器以其小尺寸，高靈敏度的特性廣泛應用在單片集成電路中，具有很強的研究價值。光子晶體傳感器主要采用微腔，環型腔，槽波導，異質結構等多種結構類型實現傳感功能。目前，光子晶體傳感器的研究主要集中在生化傳感器(文獻1，A.Falco,L.Faolain,and?T.Krauss,“Chemical?sensing?in?slotted?photonic?crystal?heterostructure?cavities,”Appl.Phys.Lett.94,063503(2009))，壓力傳感器(文獻2，D.Yang,H.Tian,N.Wu,Y.Yang,and?Y.Ji,“Nanoscale?torsion-free?photonic?crystal?pressure?sensor?with?ultra-high?sensitivity?based?on?side-coupled?piston-type?microcavity,”Sensors?and?Actuators?A199,30-36(2013))，折射率傳感器(文獻3，D.F.Dofner，T.Hurlimann，T.Zabel，L.H.Frandsen，G.Abstreiter，and?J.J.Finley.Silicon?photonic?crystal?nanostructures?for?refractive?index?sensing,Applied?Physics?Letters93,181103(2008))等等。

隨著對光子晶體傳感器的深入研究，光子晶體傳感器陣列逐漸成為一個研究熱點。陣列傳感可以在高Q值和高靈敏度的條件下同時實現多種物質的傳感檢測。例如(文獻4，S.Mandal?and?D.Erickson,“Nanoscale?opto-fluidic?sensor?arrays,”Opt.Express16,1623-1631(2008))，首次提出了小尺寸的光子晶體傳感器陣列，(文獻5，K.B.Gylfason,C.F.Carlborg,A.Ka′zmierczak,F.Dortu?and?G.Stemme,“On-chip?temperature?compensation?in?an?integrated?slot-waveguide?ring?resonator?refractive?index?sensor?array,”Opt.Express18,3226-3237(2010))，主要介紹了利用集成槽波導實現折射率傳感的陣列結構，(文獻6，M.Iqbal,M.A.Gleeson,B.Spaugh,F.Tybor,and?L.C.Gunn,“Label-free?biosensor?arrays?based?on?silicon?ring?resonators?and?high-speed?optical?scanning?instrumentation,”Journal?Of?Selected?Topics?In?Quantum?Electronics16,654-661(2010))設計了一種采用環形諧振腔的生化傳感器陣列結構。以上這些傳感器陣列實現了同一硅基片上的集成傳感，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，本發明將波導垂直方向上半徑漸變的光子晶體結構與微腔復用相結合構成傳感器陣列。將刻蝕在光子晶體絕緣硅上的空氣孔半徑沿著垂直方向漸變，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，設計不同光子晶體諧振腔結構交錯耦合形成傳感器陣列，壓縮了陣列結構的尺寸，并且避免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，可以實現多種分析物的實時同步傳感。

發明內容