[發明專利]基于Fano諧振的橢圓空氣孔部分刻蝕型光子晶體傳感器

在審

• 申請號: 201811244602.6
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109470652A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 田慧平;王錚;王超;孫富君;肖澤坤
• 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

本發明涉及一種基于Fano諧振的氮化硅(SiNx)材料制作的橢圓空氣孔部分刻蝕型二維光子晶體傳感器設計，屬于光子晶體傳感器技術領域。本發明在傳統橢圓空氣孔全刻蝕型二維光子晶體結構基礎上進行結構改良從而提高傳感器的性能。具體而言，將橢圓空氣孔全穿透的空氣孔結構調整為部分深度刻蝕的部分穿透結構，通過調整光源入射方向從與光子晶體板平行到垂直，從而實現了對品質因子以及靈敏度的提高。該光子晶體傳感器的尺寸大小較為靈活，可以根據實際需要進行調整制作。而且本設計采用氮化硅作為結構材料，提高了結構強度，部分刻蝕的制作工藝也減少了刻蝕劑使用量避免污染。本發明可以用于液體環境下的折射率傳感領域。

技術領域

本發明涉及一種基于Fano諧振的橢圓空氣孔部分刻蝕型二維光子晶體傳感器，其特點是傳感性能優良，尺寸大小靈活，屬于光子晶體傳感器技術領域。

背景技術

近年來，為了解決有標簽檢測中修飾目標分子的高成本以及復雜功能化反應等問題，光子晶體無標簽傳感器受到了廣泛的關注。然而，傳統的光子晶體傳感器(文獻1：Yonghao Liu,Shuling Wang,Deyin Zhao,Weidong Zhou,and Yuze Sun,“High qualityfactor photonic crystal filter at k≈0and its application for refractiveindex sensing”,Optics Express 25(9),10536-10545(2017)；文獻2：Fujun Sun,JianZhou,Lijun Huang,Zhongyuan Fu,Zhaoxiang Ding,and Huiping Tian,“Design on-chipwidth-modulated line-defect cavity array structure for multiplexing complexrefractive index sensing”,Sensors and Actuators A:Physical 257,8-14(2017)；文獻3：Jian Zhou,Lijun Huang,Zhongyuan Fu,Fujun Sun,and Huiping Tian,“Multiplexed simultaneous high sensitivity sensors with high-order mode basedon the integration of photonic crystal 1×3beam splitter and three differentsingle-slot PCNCs”,Sensors 16(7),1050(2016)；文獻4：Han Su,Xin R.Cheng,TatsuroEndo,and Kagan Kerman,“Photonic crystals on copolymer film for label-freedetection of DNA hybridization”,Biosensors and Bioelectronics103,158-162(2018).)在強光和物質相互作用方面具有局限性。對于傳感應用，應提高靈敏度。為了進一步提高光物相互作用的強度，亞波長光柵結構(文獻5：Stanley M.Lo,Shuren Hu,GirijaGaur,Yiorgos Kostoulas,Sharon M.Weiss,and Philippe M.Fauchet,“Photoniccrystal microring resonator for label-free biosensing”,Optical Express 25(6),7046-7054(2017)；文獻6：Enxiao Luana,Han Yuna,Loic Laplatinea,JonasFlueckigerb,Yonathan Dattnerc,Daniel Ratnerd,Karen Cheunga,and LukasChrostowski,“Sub-wavelength multi-box waveguide-based label-free sensors”,Proc.of SPIE 10535,105350H-1(2017)；文獻7：Zhengrui Tu,Dingshan Gao,MeilingZhang,and Daming Zhang,“High-sensitivity complex refractive index sensingbased on Fano resonance in the subwavelength grating waveguide micro-ringresonator”,Optics Express 25(17),20911-20922(2017).)近年來逐漸得到關注。然而，就設計和制造而言，具有耦合到波導的微環的亞波長光柵結構比光子晶體傳感器更復雜。綜合考慮到設計制造和高光學特性，我們提出了一種基于Fano諧振的橢圓空氣孔部分刻蝕型二維光子晶體傳感器，其類TE折射率靈敏度可以達到582.5nm/RIU，類TM折射率靈敏度可以達到930.5nm/RIU。