基于硫系玻璃的高Q值、高灵敏度狭缝微环谐振腔传感器研究 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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基于硫系玻璃的高Q值、高灵敏度狭缝微环谐振腔传感器研究
作者: irglass 时间: 2022-01-24 浏览:567 次

       近日,我室研究生张雪雷(第一作者)和张巍副研究员(通讯作者)在期刊Optics Express上发表题为“High Q-factor, ultrasensitivity slot microring resonator sensor based on chalcogenide glasses” 的论文(ISSN: 1094-4087, 2022, 30(3), 3866-3875, https://doi.org/10.1364/OE.450092)。

       光子技术的快速发展极大的提高了光子生物化学传感的性能,特别是在光与分析物的相互作用、器件小型化和集成等方面有显著提升,这就需要器件具有更高的传感灵敏度、更低的探测极限和更小的尺寸。本文提出一种基于Ge28Sb12Se60硫系材料的狭缝微环谐振腔传感器,通过优化狭缝波导的结构参数,可以使大部分的光限制在低折射率的空气狭缝区域,从而显著提高灵敏度。通过模拟计算得到狭缝区和包层区的限制因子分别为36.3%和56.7%,利用电子束曝光和等离子体刻蚀技术制备得到的微环半径仅60 μm。通过将器件暴露在不同浓度的NaCl溶液中,我们在1550 nm附近谐振波长下获得1 × 104的狭缝微环传感器品质因子,自由频谱范围和消光比分别为2.2 nm和23 dB,测试得到狭缝微环传感器对应的折射率灵敏度为471 nm/RIU,最小探测极限为3.3 × 10-4 RIU。本研究结果证实了硫系材料是优良的光学微纳光子传感材料,并有望在中红外波段实现生物领域高灵敏度传感及测量应用。

图1(a) 硫系狭缝波导SEM图;(b) 硫系狭缝微环谐振腔SEM图;(c) 耦合区域放大图;(d) 光栅耦合器SEM图。

图2(a) 传感测试装置图;(b) 硫系狭缝微环谐振腔透射谱图;(c) 谐振峰品质因数拟合图。

图3 (a) 不同浓度NaCl溶液透射谱图;(b) 线性拟合传感器灵敏度。