基于硫系玻璃的跑道型内嵌微环传感器研究 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
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基于硫系玻璃的跑道型内嵌微环传感器研究
作者: irglass 时间: 2023-01-21 浏览:676 次

       近日,我室研究生李志勇(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“Embedded racetrack microring resonator sensor based on GeSbSe glasses”的论文(ISSN: 1094-4087, 2023, 31(2), 1103-1111, https://doi.org/10.1364/OE.478613)。

       随着集成光学传感器的快速发展,光学传感器在生物领域的应用也越来越广泛。本文提出了一种基于Ge28Sb12Se60材料的跑道型内嵌微环谐振腔传感器。该传感器由跑道微环、嵌入式小微环和条形波导组成。通过内嵌一个小的微环,不仅能够保证高的品质因子,也能得到一个宽的自由光谱范围。此外,通过灵活的控制耦合长度能够更进一步优化性能,同时可以降低制备工艺难度。通过模拟计算优化结构参数,最终传感器结构参数为跑道微环半径20 μm,内环半径5 μm,耦合长度13μm,两个耦合间隙都是200 nm。采用电子束曝光和等离子体刻蚀工艺进行器件制备,图1所示利用上述工艺制备所得传感器的SEM图。通过图2(a)装置测量得到传输光谱如图2(b)所示,图中自由光谱范围为24 nm。图2(c)展示了通过洛伦兹拟合得到的传感器品质因数,其值为7.17×104。通过测定不同浓度的葡萄糖溶液,实验结果显示折射率灵敏度为297 nm/RIU,最低检测极限为7.40 × 10-5,如图3所示。与硅基材料的微环腔和硫系单环微环腔结构相比,本研究在传感灵敏度及探测极限等方面都具有一定的优势,证实了硫系材料是优良的集成光学传感器材料,为硫系玻璃在中红外生物传感领域的应用铺平了道路。

图1(a) 硫系跑道型内嵌微环SEM图;(b)和(c)跑道环和内环的两个耦合区域SEM图;(d) 光栅耦合器SEM图。

图2(a) 测试平台装置图;(b) 硫系跑道型内嵌微环透射谱图;(c)品质因数拟合图

图3(a) 不同浓度葡糖糖溶液透射谱图;(b) 传感器灵敏度的线性拟合图