基于硅基槽波導(dǎo)的無標(biāo)記集成型生物-化學(xué)傳感器研究.pdf

1、隨著硅基集成光子學(xué)的快速發(fā)展，它在生物/化學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)用成為了人們研究熱點。其中無標(biāo)記集成光學(xué)生物/化學(xué)傳感器主要應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、生物技術(shù)、醫(yī)療診斷、藥物篩選和食品安全等領(lǐng)域，具有靈敏度高、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊和易集成等優(yōu)點。鑒于硅基槽波導(dǎo)具有獨特的限光特性，本文主要對基于槽波導(dǎo)的微環(huán)型和多模干涉型的兩種新型傳感器的理論設(shè)計、傳感特性和性能參數(shù)等方面做了系統(tǒng)的分析和研究。
　　本文首先介紹集成光學(xué)生物/化學(xué)傳感技術(shù)的發(fā)展、分類和應(yīng)用

2、；接著對硅基槽波導(dǎo)進(jìn)行了理論研究和模式特性的模擬分析，發(fā)現(xiàn)其獨特的限光、溫度無關(guān)等性質(zhì)適用于傳感技術(shù)領(lǐng)域；在此基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計了基于硅基槽波導(dǎo)的微環(huán)諧振型和多模干涉型傳感器件結(jié)構(gòu)，并且重點對兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論研究和傳感性能的模擬分析。研究結(jié)果表明，槽波導(dǎo)因為場的非連續(xù)性，對于準(zhǔn)TE模，30％左右的光會限制在低折射率的槽區(qū)域；對于基于槽波導(dǎo)的單微環(huán)傳感器，改變槽波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(增大槽的寬度wS或者減小硅芯層寬度wH)，都會使槽內(nèi)限制更多

3、的光強，可提高傳感器的探測靈敏度，本文設(shè)計結(jié)構(gòu)可得到靈敏度為799nm/RIU；通過將探測極限和品質(zhì)因子Q值相關(guān)聯(lián)的方法，可使得探測極限的測量更加簡化、準(zhǔn)確；通過研究基于槽波導(dǎo)的多模干涉型傳感器，結(jié)果矩形多模干涉器件具有非常良好的傳感特性，分辨率達(dá)到了10-4RIU，并且在一定條件下溝槽的條數(shù)越多，得到的傳感信號檢測圖更為準(zhǔn)確和清晰，而錐形結(jié)構(gòu)的傳感器件不僅具有同樣的傳感性能，而且自鏡像長度大大縮小，使得制作出的器件更具緊湊性。