引用本文:
刘明慧,马麟,邱辞源,等. 基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感技术[J]. 光通信技术,2020,44(10):6-8.
刘明慧,马 麟*,邱辞源,何祖源
(上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对微环谐振器用于折射率传感时动态范围较窄的问题,提出了一种基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感技术,使谐振波长漂移的计算能够不用考虑原始参考值以及增大折射率探测范围,并验证高阶模对环境变化更敏感。通过理论分析,建立仿真模型,验证了该方法的可行性,并使用具有不同折射率的待测溶液开展传感实验,得到了91.79 nm/RIU的折射率灵敏度与10-5 RIU的分辨率。
关键词:微环谐振器;折射率传感器;氮化硅波导
中图分类号:TN253 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)10-0006-03
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.10.002
0 引言
折射率传感技术是一种对待测物质折射率进行检测的技术,通过对折射率的检测,可以获取物质的纯度、浓度和成分等信息[1-4]。因此,折射率传感技术被广泛应用于食品安全检测、生化传感以及环境状况检测等领域。衡量折射率传感器性能的主要技术指标包括折射率灵敏度、分辨率和动态范围。常用的折射率传感的方法有全反射法、干涉法、衍射法以及利用微谐振器进行传感的方法,如微环、微盘等。
近年来,硅基微环谐振器也被应用于折射率传感领域。基于微环谐振器的折射率传感器在生化传感、医疗保健和环境监测等领域中应用十分普遍,该结构能够通过探测物质折射率变化来检测液相或气相物质以及它们之间的化学反应[5-7]。其中,片上微环谐振器结构由于其独特的优势,比如小尺寸、高灵敏度和高分辨率以及使用SOI(Silicon-on-Insulator)技术可能实现的批量生产和低成本,具有很大的吸引力[8-11]。微环谐振器用于折射率传感通常有2种检测方式,强度法和波长法。强度法是在相同波长处检测强度的变化,只能在谐振波长附近进行探测,动态范围较窄。波长法是检测谐振波长的漂移,动态范围则是2个谐振峰之间的宽度,这个宽度也被称为自由光谱范围(FSR),因此微环折射率传感器更多的是选用波长法。目前,大部分结构的优化都是针对灵敏度的提高,增大动态范围的做法较少。为此,本文提出一种基于少模氮化硅微环谐振器的折射率传感技术,其中的折射率传感器不用计算某一谐振波长的位移,而是计算基模和高阶模的谐振波长位移差值。
4 结束语
本文提出了一种基于少模氮化硅微环的折射率传感器,其传感原理是计算基模和高阶模谐振波长位移的差。实验中,该器件的灵敏度达到了91.79 nm/RIU。这种折射率传感器能够增大探测范围,使用的氮化硅材料也能够降低波导对温度的敏感性。通过对传感器结构进行优化,有望进一步提升其灵敏度,并在生化传感领域得到广泛应用。