[发明专利]一种基于矩形孔晶格常数渐变的空气模一维光子晶体纳米束腔传感器

说明书

本发明涉及一种基于矩形孔晶格常数渐变的空气模一维光子晶体纳米束腔传感器。本发明在一维纳米束硅波导上，首次通过引入从腔中心到两侧晶格常数逐渐减小的矩形孔，形成空气模光子晶体纳米束腔，使得光场主要局域在低折射率区域，从而增强光与物质相互作用的时间和强度，提高传感器的灵敏度和品质因子。当两侧空气孔数分别为8个时，其品质因子高达1.27×10⁵，模式体积低至0.018(λ/n)³，灵敏度为252nm/RIU，结构尺寸仅为8μm×0.7μm(长×宽)。本发明相较于介质模纳米束腔，灵敏度大幅提高，适用于气体传感；相较与其他类型的空气模光子晶体纳米束腔(纳米束宽度渐变，孔大小渐变)，在不牺牲品质因子的情况下，其结构长度可减小一半，有利于器件的微型化和片上集成。

技术领域

本发明涉及一种基于矩形孔渐变的一维光子晶体纳米束腔传感器，属于光子晶体传感器技术领域。

背景技术

近年来，具有高品质因子(Q)和小模式体积(V)的一维光子晶体纳米束腔已引起了光学传感器研究者的广泛关注。这是因为高的Q/V比率代表强的光物相互作用，可使光学传感器获得高分辨率和高灵敏度。但是在典型的一维光子晶体纳米束传感器中(文献1：QiminQuan,Daniel L.Floyd,Ian B.Burgess,Parag B.Deotare,Ian W.Frank,Sindy K.Y.Tang,Rob Ilic,and Marko Loncar.Single particle detection in CMOS compatiblephotonic crystal nanobeam cavities,Optics express 21.26(2013):32225-32233；文献2：Xingwang Zhang,Guangya Zhou,Peng Shi,Han Du,Tong Lin,Jinghua Teng,andFook Siong Chau.On-chip integrated optofluidic complex refractive indexsensing using silicon photonic crystal nanobeam cavities.Optics letters 41.6(2016):1197-1200.)，光场大部分局域在高折射率区域来实现高Q，因此在低折射率区域的检测分析物只能与谐振模式的消逝场相互作用，光场和分析物之间的相互作用很弱，灵敏度低。