光子晶体波导传感器：灵敏度提升与优化设计

"基于光子晶体波导的折射率传感器的灵敏度优化设计，柯林佟，陈卫业，张洋，李荣生，沈义峰，通过研究波导两侧缺陷处的折射率对二维光子晶体波导透射光谱的影响，提出了一种提高折射率传感器灵敏度的方案。计算结果显示在相同的折射率变化量下，通过调整波导两侧缺陷处圆孔的几何参数可以显著增加光子带隙上边沿的偏移量，从而提升传感器的灵敏度。经过优化设计，传感器的灵敏度从60nm/RIU提升至570nm/RIU。该研究涉及光子晶体波导、折射率传感器、光子带隙和缺陷结构。" 光子晶体波导是一种利用光子带隙效应的微纳光学器件，其内部结构由周期性排列的材料组成，这种结构能够控制光的传播特性，包括限制光的传播路径和改变光的传播模式。在本研究中，关注的焦点是光子晶体波导用于折射率传感器的应用。折射率传感器是一种能够检测周围介质折射率变化的装置，广泛应用于生物医学、化学分析和环境监测等领域，因为许多物质的折射率与其化学成分或物理状态紧密相关。 文章指出，通过改变波导两侧的缺陷结构，即调整圆孔的尺寸和位置，可以影响光子晶体波导的透射光谱。当外部环境中的折射率发生变化时，这些缺陷会引发光子带隙的上边沿发生偏移，这种偏移量与折射率的变化量成一定比例。通过精确地设计和优化这些缺陷结构，研究人员能够显著增大这种偏移，进而提高传感器对微小折射率变化的响应，即提升传感器的灵敏度。 在实验和计算中，团队发现原本的传感器灵敏度为60纳米/折射率单位（RIU），而经过优化设计后，灵敏度提高到了570纳米/RIU，这代表了近十倍的提升。这种提升对于实现高精度的实时监测至关重要，特别是在检测低浓度溶液或微弱生物标志物时。 此外，文中提到的"中央高校基础研究基金"资助的研究，表明这是一项在中国高校内部进行的基础科研工作，旨在推动微纳光学技术在传感器领域的创新。光子晶体波导的这一优化设计方法不仅提供了新的设计思路，也为未来高性能光子传感器的研发奠定了理论和技术基础。 这篇论文的核心贡献在于提出了一种创新方法，通过优化二维光子晶体波导的结构来增强折射率传感器的性能。这一成果对于提高光子传感器的检测精度，尤其是在对微小变化敏感的应用中，具有重大意义，并可能引领新一代高灵敏度传感器的设计和发展。