新型微納光子傳感器件設計與特性研究.pdf

1、隨著集成光學技術(shù)的發(fā)展，基于 SOI的集成型微納光子生化傳感器以其靈敏度高、易微型化、低成本、選擇性好等優(yōu)點而被認為在環(huán)境監(jiān)測、疾病醫(yī)療等民生方面具有非常大的應用前景。本論文在此基礎上，提出了幾種新型硅基生化光子傳感器的結(jié)構(gòu)設計，旨在進一步縮小微納光子生化傳感器件的結(jié)構(gòu)尺寸，實現(xiàn)大的探測范圍和高的傳感靈敏度。全文工作主要包括以下內(nèi)容：
　　首先設計了一種螺旋雙耦合式跑道型諧振腔傳感結(jié)構(gòu)，為了驗證游標效應能有效提升器件的傳感性能，將

2、其分解成兩個單耦合型的微跑道型諧振腔結(jié)構(gòu)，基于傳輸矩陣法和諧振條件，結(jié)合具體的數(shù)值仿真優(yōu)化，在此基礎上分析其傳感特性。通過比較兩者的傳感性能，進一步證實了基于游標效應的螺旋雙耦合式諧振腔能夠顯著提高器件的靈敏度和實現(xiàn)大的探測范圍。
　　其次提出了兩種基于MZI調(diào)制的諧振腔傳感器：四葉草型和豌豆型傳感結(jié)構(gòu)。對于四葉草模型，分別從兩個MZI的平衡態(tài)和非平衡態(tài)出發(fā)，研究波導幾何參數(shù)對傳感器性能的影響，并給出了具體的尺寸設計和優(yōu)化指導；對

3、于豌豆型模型，首先對其傳感機理作了簡要的描述，在此基礎上分別討論了單豌豆型和雙豌豆型諧振腔，并結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)設計方案對傳感器的性能進行測試。數(shù)值結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)的單一傳感結(jié)構(gòu)，兩者在傳感性能方面都有顯著的優(yōu)勢。
　　最后采用 FDTD算法設計了三種基于光柵刻蝕的微納光子傳感器。首先以光柵環(huán)形諧振腔為基礎，研究了諧振腔中的模式特性，并分析了布拉格光柵的相關(guān)參量對光柵環(huán)形腔中的反射特性的影響，對傳輸譜線中出現(xiàn)的模式分裂作了進一步的討