本發(fā)明涉及一種基于絕緣體上硅薄膜(SOI)的1×8高性能光子晶體并行復(fù)用傳感器陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將一個1×8分束器，八個一維光子晶體槽納米束微腔(1DPC?SNCs)，八個漸變型一維光子晶體帶阻濾波器(1DPC?TNBF)和一個8×1耦合器串聯(lián)在二氧化硅襯底上。通過將空氣槽加入光子晶體微腔，在保證高Q值得前提下將靈敏度提高到400nm/RIU以上，通過優(yōu)化微腔的結(jié)構(gòu)，其Q值可達(dá)7×10⁵。一維光子晶體帶阻濾波器可以實現(xiàn)對微腔高階模的濾波，實現(xiàn)比較大的自由光譜范圍(FSR)，通過與分束/耦合器的級聯(lián)，可以實現(xiàn)在一個輸入/輸出端口下的大規(guī)模、同時詢問的并行復(fù)用傳感。復(fù)用結(jié)構(gòu)的整體尺寸只有64×16μm²(傳感區(qū)域26×16μm²)，并且沒有設(shè)計懸浮區(qū)域，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并降低了制作難度。本發(fā)明可用于超緊湊氣體環(huán)境復(fù)用傳感領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于絕緣體上硅薄膜(SOI)的1×8高性能光子晶體并行復(fù)用傳感器陣列結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近年來，基于等離子體亞微米功率分束器(文獻(xiàn)1：J.Wang,X.Guan,Y.He,Y.Shi,Z.Wang,S.He,P.Holmstr,L.Wosinski,L.Thylen,and D.Dai,“Sub-μm 2power splittersby using silicon hybrid plasmonic waveguides,”O(jiān)ptics express,19(2),838-847(2011))、多模干涉分束器(文獻(xiàn)2：Z.Sheng,Z.Wang,C.Qiu,et al,“A compact and low-loss MMI coupler fabricated with CMOS technology,”IEEE Photonics Journal,4(6),2272-2277(2012))和Y型分束器(文獻(xiàn)3：J.Gamet and G.Pandraud,“Ultralow-loss 1×8splitter based on field matching Y junction,”IEEE Photonics TechnologyLetters,16,2060-2062(2004)；文獻(xiàn)4：S H.Tao,Q.Fang,J F.Song,et al,“Cascade wide-angle Y-junction 1×16optical power splitter based on silicon wire waveguideson silicon-on-insulator,”O(jiān)ptics Express,16(26),21456-21461(2008))等分束器被廣泛研究。高靈敏度的傳感器如單束光子晶體槽結(jié)構(gòu)(文獻(xiàn)5：D.Yang,P Zhang,H.Tian,Y.Ji,Q.Quan,“Ultrahigh-and Low-Mode-Volume Parabolic Radius-Modulated SinglePhotonic Crystal Slot Nanobeam Cavity for High-Sensitivity Refractive IndexSensing,”IEEE Photonics Journal,7(5),1-8(2015))和雙束光子晶體槽結(jié)構(gòu)(文獻(xiàn)6：J.Zhou,H.Tian,L.Huang,Z.Fu,F.Sun,Y.Ji,“Parabolic tapered coupled two photoniccrystal nanobeam slot cavities for high-FOM biosensing,”)。而傳感器的復(fù)用可以極大提高傳感器效率，因此各種類型的光子晶體傳感器陣列(文獻(xiàn)7：S.Mandal,D.Erickson,“Nanoscale optofluidic sensor arrays,”O(jiān)ptics Express,16(3),1623-1631(2008)；文獻(xiàn)8：D.Yang,H.Tian,Y.Ji,“Nanoscale photonic crystal sensor arrayson monolithic substrates using side-coupled resonant cavity arrays,”O(jiān)pticsexpress,19(21),20023-20034(2011)；文獻(xiàn)9:J.Zhou,L.Huang,Z.Fu,F.Sun,H.Tian,“Multiplexed Simultaneous High Sensitivity Sensors with High-Order Mode Basedon the Integration of Photonic Crystal 1×3Beam Splitter and Three DifferentSingle-Slot PCNCs,”Sensors,16(7),1050(2016)；文獻(xiàn)10：D.Yang,C.Wang,Y.Ji,“Silicon on-chip 1D photonic crystal nanobeam bandstop filters for theparallel multiplexing of ultra-compact integrated sensor array,”O(jiān)pticsExpress,24(15),16267-16279(2016))被先后提出。這些傳感陣列，分別具有高靈敏度、高集成度、多路復(fù)用、高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，低設(shè)計難度的一項或幾項特點。本傳感陣列結(jié)構(gòu)特色是絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)被應(yīng)用于整個設(shè)計，沒有設(shè)計任何懸浮區(qū)域，可以同時實現(xiàn)高靈敏度、高集成度、多路復(fù)用、高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和低設(shè)計難度。