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。     

基于硅基微环谐振器的Fano共振线型产生和调谐研究进展

Fano共振的线型具有明显不对称特征,在光学通信、调制和传感等领域中极具应用潜力。首先对微环谐振器的各种线型进行了介绍,强调了Fano共振线型的独特优势,其次依据结构分类梳理了国内外基于硅基微环谐振器产生Fano共振的研究现状,然后介绍了基于热光效应的Fano共振调谐的研究进展,最后展望了硅基微环谐振器的Fano共振的发展及应用。     

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。     

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。     

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：     

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。     

新型微环谐振器双环模型的滤波特性分析

设计了一种新型微环谐振器,其基本结构由圆角正方形波导与条形波导组成.根据波导光学的耦合模理论,推导出双环串联和双环并联的圆角正方形微环谐振器的光强传递函数,并通过数值模拟分别获得这两种模型的谐振器的输出特性.结果表明:与传统的圆环形谐振器相比,圆角正方形结构微环谐振器的输出光谱的通带宽、谐振峰平坦、自由光谱区范围大,更...     

改进长周期波导光栅折射率传感特性的研究

提出了一种附加高折射率覆盖层的长周期波导光栅折射率传感器结构.通过模拟外折射率变化所引起的高阶模式等效折射率的改变以及该高阶模式与基模相耦合的谐振波长的漂移,研究了长周期波导光栅对外界环境折射率的传感特性.模拟表明,高折射率外覆盖层的加入会使得原有的覆盖层高阶模式发生重组,高阶模式等效折射率和模式耦合的谐振波长随之发生跳变.此时,长周期波导光栅外折射率传感器的敏感度和工作范围将极大地提高.     

基于全介质超表面的微流体折射率传感器

基于全介质超材料的电磁属性,提出了一种基于硅缺口盘单谐振器的超表面微流传感装置;利用时域有限差分(FDTD)法进行仿真模拟,仿真结果表明,该结构可以产生三重Fano共振,包括可被入射光直接激发的明偶极共振以及非对称性结构下明暗模式干扰产生的一个高阶模式杂化共振和一个磁共振。另外,分析了结构参数(缺口长度和宽度、结构的周期、硅盘半径和厚度)对Fano共振的影响以及微流装置中分析物厚度对传感特性的影响,得到参数优化后的结构的灵敏度最大可达到400.36nm/RIU,品质因数Q最大可达到1252.3,并证明了溶液厚度在一定范围内增大可以提升传感检测的性能。     

波长调制型PMMA光波导SPR传感器敏感单元设计

光波导表面等离激元共振(SPR)传感器具有尺寸小、免标记、易集成等优点。文章设计了一种基于波长调制方法的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)脊型波导SPR传感器,并对其关键参数进行了优化。结果表明,该敏感单元在待测液折射率为1.33~1.45的范围内能够稳定工作,在高折射率检测区,传感器展现出了高达10220nm/RIU的灵敏度和173RIU-1的高品质因数。     

一种基于Fano共振的全介质超表面折射率传感器

提出了一种以“双C”形硅纳米天线为基本单元的全介质超表面折射率传感器。介绍了法诺(Fano)共振的原理,通过建立法诺共振解析模型,解释了该传感器反射率谱曲线不对称线型形成的物理机制。用电磁仿真软件对介质超表面进行了数值仿真,仿真结果显示该超表面用作折射率传感器时具有较高的灵敏度、Q因子与FOM值,分别达到228nm/RIU、1162与243。     

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.     

基于棱镜型光纤液体折射率传感技术研究

对表面等离子体波共振现象产生的原理和激发条件进行了阐述。依据SPR原理设计溶液浓度测量系统,提出方案并用Matlab编程仿真研究SPR。     

传输矩阵法分析多环高阶谐振滤波器特性

与输入／输出波导耦合的环型谐振腔能形成结构简洁、性能良好、集成度高的信道滤波器。为实现通带内频率响应平坦度高、滚降时间快的滤波效果,采用多环结构形成的高阶滤波器。利用传输矩阵法推导了环与环问通过串联耦合和并联耦合两种方式形成的多环高阶谐振滤波器的传输甬数公式。对于并联耦合结构,通过优化直接影响下话路滤波特性的环与环间直波导的长度,实现了下话路光谱的对称性。对于串联结构,影响其特性的主要因素为环与环间的耦合系数．要实现最大平坦的通带特性,通过数值计算得出各个环间耦合系数必须从中间到两侧对称增加的特性。     

基于H形金属狭缝阵列结构双共振谷折射率传感特性

提出了一种基于H形金属狭缝阵列的新型结构。利用该结构形成的法布里-珀罗腔(Fabry-Perot,F-P)来加强表面等离激元的耦合作用,以获得一种双共振反射现象;同时研究了基于该现象的折射率传感特性。采用时域有限差分法研究了该结构中狭缝长度、宽度、金膜厚度等参数对双共振反射现象的影响。研究发现,双共振谷波长可由以上主要参数有效调控,当竖直狭缝长度为150nm、水平狭缝长度为200nm、狭缝宽度为50nm、金膜厚度为300nm时,该结构具有较好的双共振反射现象,其灵敏度分别为590和1199nm/RIU。该发现为新一代高性能表面等离子共振传感器设计提供了理论参考。