硅波导双空气孔共振散射超折射率传感器设计

"基于硅波导双空气圆孔之间的共振散射效应的超灵敏折射率传感器设计，结合了非晶硅光子平台上的蚀刻衍射光栅（EDG）光谱仪，实现了高灵敏度的传感应用。通过适当间隔的双圆孔结构，能够达到大约17422纳米/折射率单位（RIU）的灵敏度。文章讨论了双孔间隔对传感器性能的影响，展示了随着间隔增加，灵敏度呈现正弦曲线变化，同时共振峰的强度即传感应用的可检测性会显著波动。研究团队来自中国深圳大学和杭州师范大学。" 在光子学领域，集成光学设备与传感器的设计和应用是至关重要的。本文提出的超灵敏折射率传感器是一种创新的解决方案，它利用了硅波导中的特殊结构——双空气圆孔的共振散射效应。这种设计基于非晶硅光子平台，非晶硅由于其稳定的光电特性，常被用于制作光电子器件。蚀刻衍射光栅（EDG）作为光谱仪的一部分，能够有效地分析和解析光信号，提高传感器的分辨率和灵敏度。 双空气圆孔结构是传感器的核心，它们之间的距离对传感器性能产生显著影响。通过调整圆孔之间的间隔，可以优化传感器的灵敏度。当间隔增加时，系统呈现出一种正弦模式的灵敏度变化，这表明共振条件随间隔改变而周期性调整。然而，这种调整并非只有积极影响，因为随着间隔的改变，共振峰的强度也会显著波动。共振峰的强度直接影响到传感器对微小折射率变化的检测能力，因此在实际应用中，寻找最佳的双孔间隔至关重要。 这种超灵敏折射率传感器对于生物医学、化学分析和环境监测等领域具有广泛的应用前景。例如，在生物传感中，可以通过监测特定生物分子与传感器表面的相互作用引起的折射率变化来检测其存在。在化学分析中，可以用来检测溶液中特定化学物质的浓度。此外，由于其高灵敏度，这种传感器还可能用于检测环境污染物或气体的微小变化。 这项工作展示了如何通过精细设计光子结构来提升传感器的性能，并提供了关于如何优化双空气圆孔间隔以获得最佳传感效果的见解。未来的研究可能会进一步探索这种技术的潜力，例如，改进制造工艺以提高稳定性，或者结合机器学习算法来实时分析和解释复杂的光谱数据。