基于单个槽波导微环谐振器法诺共振的折射率传感

法诺线型的不对称和窄线宽特性有利于实现具有高传感灵敏度和低可探测极限的折射率传感。采用三维时域有限差分法,基于槽波导设计了微环谐振器和法布里-珀罗腔的耦合结构,实现了法诺线型谱线,并利用其提升折射率传感器的性能。不同于已报道的多微环级联等复杂结构,基于单个槽波导微环实现了法诺线型谱线,并在波长探测传感方案下得到传感灵敏度为500 nm/RIU,可探测极限为4.00×10^-5 RIU;在强度探测传感方案下,传感灵敏度为7.24×10⁴ dB/RIU,可探测极限为5.52×10^-6 RIU。     

基于硅基槽型微环谐振器的集成生物传感器

本文对一种基于槽型微环谐振器的生物传感器进 行了研究,通过微环谐振器与槽型波导的结合,增强光与传感媒质的相互作用,减小传输损 耗的制约影响。采用时域有限差分法(FDTD) 研究了波导有效折射率随传感物质材料折射率的变化,结果显示它们呈线性关系,这为折射 率的 有效传感提供了可能。采用电子束光刻和等离子体刻蚀技术在SOI基片上制备了样品,SOI 基片 的顶层硅和埋入氧化层的厚度分别为220 nm和2μm,微环谐振器的 微环半径为30 μm。采用波 导光栅耦合器来实现光的输入和输出,频谱测量显示槽型微环谐振器的品质因数达到了2940, 通过测量传感器表面覆盖不 同浓度的氯化钠溶液时光谱谢振峰的变化,得到传感器的灵敏度 和检测极限分别为980.24 nm/RIU和5.4×10－4 RIU。     

基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究

基于狭缝波导结构,设计了工作波长在890 nm的聚合物基微环。从折射率传感的角度详细分析了狭缝波导的模场特性。分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响。传统的狭缝波导具有较高的弯曲损耗,这会影响微环谐振器的品质因子Q以及消光比。设计了非对称的狭缝结构,保证波导模式位于波导中央传输,降低弯曲损耗。为了条形波导与狭缝波导更好的耦合,设计了基于多模干涉结构的条形-狭缝波导模式转换器。仿真表明设计的微环谐振器的传感灵敏度达到109 nm/RIU。     

信息动态

太赫兹频段缺少有效的有源器件模型是制约硅基太赫兹集成电路快速发展主要阻碍.介绍了微环谐振器的工作原理及分析方法,研究了耦合系数和损耗系数与微环传输特性的关系,使用硅基材料设计了一种串联三微环结构的硅基太赫兹谐振器模型,通过改变微环的传输损耗系数、耦合系数,运用有限差分数值计算方法模拟得到微环谱线和延迟特性曲线,分析其对传输特性的影响,优化微环谐振器的参数设计,得到高性能的硅基太赫兹集成器件.     

基于杨氏双缝干涉原理的SOI微环生物传感器结构与模拟

提出了一种基于杨氏双缝干涉原理的SOI基微环生物传感器。利用散射矩阵方法和双缝干涉原理得到了干涉屏上的干涉场强分布,研究结果显示,我们提出的这种传感结构非常有利于生物传感的应用,因为干涉图形相对于微环周围折射率的变化非常敏感。微环周围折射率的微小扰动就会引起干涉屏上干涉相消点的显著移动。我们通过探测干涉屏上干涉相消点的移动达到检测上限制层折射率变化的目的。     

微环差分光子生物传感器的传感性能

通过模拟仿真,研究了基于绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator,SOI）的微环生物传感器的传感性能,得出其体传感灵敏度为38.71 nm/RIU,探测极限为1.810-3 RIU,Q值为2.22104。基于该结构,分析了噪声对传感器性能的影响,包括光源噪声和温度噪声。为了降低噪声影响,设计了具有参考和探测通道的双微环差分传感器,通过差分运算扣除噪声引起的谐振波长漂移,从而可以有效降低噪声对传感器探测结果的影响。通过数值模拟和计算,其被探测物的折射率变化的相对误差减小了15.85%,表明微环差分传感器可以有效降低噪声的影响,对提高微环生物传感器的性能将有极大的促进作用。     

基于硅基双微环谐振腔的高灵敏度电流传感器

提出并制作了基于硅(Si)基双微环谐振腔的高灵敏 度电流传感器。所设计的Si基双微 环谐振腔的输出功率对波导内传输TE模的有效折射率变化非常敏感,探测由有效折射率变 化造成的输出功率改变可实现高灵敏度微弱电流传感。在设计的Si基微环上集成了具有较高 加热效率的TiN 电阻,当有电流通过该电阻时,电阻发热并改变波导内传输TE 模的有效 折射率,最终造成微环输出功率改变。通过光功率计检测不同输入电流下微环输出功率,即 可 实现对电流的测量。实验结果表明,制作的微环传感器在测试范围为0～6mA时,灵敏度 高达1575dBm/A,线性相关系数 R²大于0.999     

基于亚波长光栅结构的折射率传感研究进展

新一代片上传感系统提出了微型化、集成化、低成本等发展需求,硅基集成波导器件适应其发展趋势,其中亚波长光栅结构因独特的模场分布特性在折射率传感领域备受青睐。文章首先对亚波长光栅波导的工作原理进行了介绍,阐述其在折射率传感领域的优势,然后按器件结构分类梳理了亚波长光栅结构折射率传感的最新研究进展,并分析和总结了不同器件结构的优缺点,最后展望了基于亚波长光栅结构的折射率传感未来的发展方向。     

基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件

光学导向逻辑器件是采用光开关网络执行逻辑运算的典型应用,光学网络中每一个开关的状态由施加到该开关的电学布尔信号决定。网络中每一个光开关的操作都是独立于其他光开关的操作,并且操作运算结果以光速在网络中传播。因此,光学导向逻辑器件具有非常高的运行速度,且总延迟非常小。硅基微环谐振器由于其尺寸小、功耗低、与CMOS工艺兼容等特性成为构建光学导向逻辑器件的理想单元器件。基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件很容易实现大规模集成和低成本制备,已经提出并实现的基于硅基微环谐振器的光学导向逻辑器件包括"或/或非"、"与/与非"、"异或/同或"、编码器、译码器和半加器等。回顾了本课题组基于硅基微环谐振器实现的光学导向逻辑器件的研究成果和该领域的最新发展。     

太赫兹硅基微环谐振器的设计与分析

设计了一个工作频率在太赫兹大气传输第一窗口的硅基波导型微环谐振器。利用传输矩阵法和耦合模理论计算微环谐振器的传输函数,并对波导耦合系数进行分析,获得微环谐振器的临界耦合条件。采用时域有限差分法分析微环谐振器的性能参数,并与串联双环谐振器性能参数相比较。结果表明：单环谐振器的自由谱宽范围为27 GHz,插入损耗为0.3 dB。单环与双环谐振器的响应谱线形状因子分别为0.16和0.52,即串联双环谐振器使谐振谱线顶端更平坦,滚降度增高。Abstract：关键词：     

A novel structure of silicon-on-insulator microring biosensor based on Young's two-slit interference and its simulation

A novel silicon-on-insulator microring biosensor based on Young’s twoslit interference has been demonstrated. The transducer signal from electric field intensity distribution on the interference screen is given by using the transfer matrix method(TMM) and two-slit interference principle.The result shows that the structure we propose is advantageous for sensing as the interference pattern is very sensitive to the ambient refractive index around the microring.A small perturbation in refractive index around the microring△n_c will result in a notable shift of destructive interference points(DIPs) on the interference screen.By detecting the shift of the DIPs,the ambient refractive index change can be obtained.     

腐蚀型FBG在非均匀液相介质下的数值响应特性

基于光波导理论和传输矩阵法,研究了光纤Bragg光栅(FBG)折射率传感器在非均匀液相介质下的响应特性。在数值计算中,分别考虑高折射率区(1.42～包层折射率)和低折射率区(1.33～1.36)两种情况,并假设非均匀液相介质的折射率分布为线性函数,仿真结果表明,FBG的反射谱特性强烈依赖于介质折射率分布函数的某些特征参数,比如折射率沿FBG轴向的分布梯度、折射率在FBG两端的差值。研究结果对FBG折射率传感器在生化传感中的应用具有一定意义。     

基于纺锤型空气腔的光纤马赫-曾德尔折射率传感器

设计了一种基于光纤纺锤型空气腔的三明治结构全光纤马赫-曾德尔折射率传感器。纺锤型空气腔是通过普通单模光纤和光子晶体光纤熔接后再拉锥形成的。锥区的纺锤型空气腔和包层分别作为参考臂和传感臂,从而形成马赫-曾德尔干涉。基于FDTD Solutions和COMSOL仿真软件分别对传感器的干涉条纹及锥区电场分布进行了仿真,得到了折射率传感器干涉条纹波谷波长和有效折射率与环境折射率的关系。当环境折射率为1.36~1.37和1.37~1.38时,灵敏度分别为1 377.6和1 436nm/RIU。此传感器具有极短的干涉臂,能够降低损耗,且具有较高的折射率灵敏度。     

基于长周期光纤光栅的折射率传感器

长周期光纤光栅具有制作成本低、无背向反射、结构紧凑等优点,且对外界折射率变化有较高的敏感性,特别适用于折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理,介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展,目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面,比较了各种方案的优缺点．     

D型贴膜光纤折射率传感特性研究

本文提出一种贴膜D型光纤用于折射率传感,采用半解析方法建立模型,并分析计算在不同纤芯贴膜距离、贴膜厚度、贴膜折射率、工作波长条件下贴膜D型光纤工作性能,发现其折射率传感性能较普通D型光纤有较大提高,同时设计了两种工作在不同传感要求范围条件下的贴膜D型光纤。     

Microring resonator for glucose sensing applications

Silicon nitride microring resonators were demonstrated as chemical sensors.The microring devices,with diameter of 100 μm, were fabricated using complementary metal oxide semiconductor (CMOS)-compatible technology, and a high Q factor of 15000 was realized with free spectrum range (FSR) of 2 nm.The structures were further packaged to perform as chemical sensors, and their functionality was proved using deionized water (DI water) and ethanol as detecting mediums.Lastly, the packaged chips were used to detect glucose solutions with various concentrations, and a detection capability of refractive index change of 10-3 refractive index unit (RIU) was obtained.     

微光机电加速度计的研究现状及发展(英文)

对目前正成为研究热点的微光机电(MOEMS)加速度计的原理和结构特点进行分析,总结了MOEMS加速度计的分类和发展趋势。针对微-纳光栅加速度计,分析了基于干涉效应的微米光栅加速度计和基于亚波长结构有效折射率变化的纳米光栅加速度计的结构和原理,其精度可达ng,并成功应用到地震监测中。重点分析了基于聚合物的新型光波导加速度计的结构和性能。微环谐振式加速度计测量精度高,性能可"裁剪",但长期稳定性是制约其应用的主要问题。光力加速度计利用原子进行加速度测量,克服了传统悬臂梁结构长期稳定性差的缺点,具有极高的测量精度。对这几种加速度计的技术特点和主要指标进行比较,并初步探讨了用于惯性领域中的MOEMS加速度计的发展方向和应用前景。     

A slot microring sensor with feedback spiral waveguide for trace gas CH4 sensing in mid-infrared region

In this paper, a slot microring resonator with a piece of spiral feedback waveguide for CH4 sensing application is proposed. This sensor is based on silicon-on-insulator (SOI) substrate and with the operation wavelength in mid-infrared region. To reach high sensitivity and good selectivity, slot cross section and spiral feedback waveguide are carefully tailored. The sensor shows ppb-scale trace gas sensing potential and is easy to be packaged in integrated photonics circuits. Calculation results show that the sensitivity reaches 1.4×10-2 dB/ppm and the detection limit achieves 700 ppb in the case of Lspiral=100Lr.