[发明专利]一种基于半径渐变型和交错型谐振腔的光子晶体传感器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用半径渐变型光子晶体平板与六个微腔构成传感器阵列的实现方法，属于光子晶体传感器技术领域。

背景技术

自从80年代提出光子晶体概念，光子晶体具有的光子禁带和光局域特性使其在滤波，调制，传感等方面有广泛的应用。同时由于光子晶体具有体积小，易集成的特点，因此光子晶体传感阵列具有很强的研究价值。

到目前为止，光子晶体传感器的研究主要集中在压力传感器（文献1，Yi Yang,Daquan Yang,Huiping Tian,and Yuefeng Ji,“Photonic crystal stress sensor with high sensitivity in double directions based on shoulder-coupled slant nanocavity,”Sensors and Actuators A,193,pp.149-154.(2013)），生化传感器（文献2，M.G.Scullion,A.Di Falco,and T.F.Krauss,“Slotted photonic crystal cavities with integrated microfluidics for biosensing applications,”Biosensors and Bioelectronics,27,101-105,(2011)），湿度传感器（文献3，J.Shi,V.S.Hsiao,T.R.Walker,T.J.Huang,“Humidity sensing based on nanoporous polymeric photonic crystals,”Sensors and Actuators B,Vol.129,pp.391–396,(2008)），折射率传感器（文献4，D.F.Dofner，T.Hurlimann，T.Zabel，L.H.Frandsen，G.Abstreiter，J.J.Finley.Silicon photonic crystal nanostructures for refractive index sensing.APPLIED PHYSICS LETTERS93,181103(2008)）等等。最近几年，光子晶体传感器阵列是一个新的研究方向。例如（文献5，Daquan Yang,Huiping Tian,and Yuefeng Ji,“Nanoscale photonic crystal sensor arrays on monolithic substrates using side-coupled resonant cavity arrays,”optics express,19(21),20023-20034,(2011)），主要介绍了利用单边耦合谐振腔构成的光子晶体折射率传感器阵列，（文献6，Sudeshna Pal,Elisa Guillermain,Rashmi Sriram,Benjamin L.Miller,and Philippe M.Fauchet,“Silicon photonic crystal nanocavity-coupled waveguides for error-corrected optical biosensing,”Biosensors and Bioelectronics,26,4024-4031,(2011)），设计了一种耦合腔用于差错检测的光子晶体生化传感器阵列。这些结构都可以在一个光子集成板同时实现多种传感，但是相对尺寸较大，而且可级联的传感器数目有限，不利于大规模集成电路的设计。

为了克服上述问题，本发明首次把渐变型光子晶体结构引入到传感器阵列的设计中。将多个不同半径的光子晶体结构级联在同一块光子集成板上，并在波导两侧交错引入多个谐振腔实现传感功能。本发明利用渐变型结构实现光子晶体传感器阵列，每个传感器相互独立，可单独优化，结构设计简单，制作难度低，实际操作过程中的容错率高。

本发明采用半径渐变型光子晶体结构实现传感阵列，设计不同半径的光子晶体腔结构实现级联，压缩了阵列结构的尺寸，并且降低了波导级联间的耦合损失。同时本发明的传感阵列数目可以根据需要增加，在各个传感区域注入不同的分析探测物质，可以实现多种不同折射率分析物的实时同步传感。

发明内容