本发明专利技术涉及一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列实现方法。本发明专利技术首次将光子晶体传感器阵列在同一块二维光子晶体平板模块上实现。本发明专利技术设计了一种基于二维光子晶体平板结构，通过设计具有不同谐振频率的谐振腔组合，并能够使各谐振腔与光子晶体波导之间实现高效耦合，完成光子晶体生化传感器阵列的设计。它的基本结构是基于空气孔三角晶格光子晶体平板结构，主要包括一条线缺陷光子晶体波导(W1波导)和若干个具有不同谐振频率的谐振腔。本方案中采用了五个谐振频率不同的谐振腔，分别命名为：H0-cavity-1、H0-cavity-2、H0-cavity-3、H0-cavity-4、H0-cavity-5。由于各谐振腔与光子晶体波导之间能实现高效耦合，所以各谐振腔能够将光场局域在各自的区域内，提供了可并行感知小体积被分析物的能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于微型传感器
技术介绍
随着光学技术和纳米制造技术的成熟和发展，许多不同结构的微型传感器被提出并得到了广泛的研究。到目前为止，微型传感器主要有环形谐振器传感器(文献1， A. B. Matsko, andV. S. Ilchenko, “ Optical resonators with whispering-gallery modes-Part I :Basics， “ IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 12，3，2006.禾口文 献 2，Α. Μ. Armani, and K. J. Vahala, “ Heavy waterdetection using ultra-high-Q microcavities, “ Opt. Lett. 31，1896，2006)，回音壁模式传感器(文献 3，F. Vollmer，D.Braun,A.Libchaber，Μ· Khoshsima，I. Teraoka，and S. Arnold，“ Protein detectionby optical shift of a resonant microcavity, “ Appl. Phys. Lett. 80，4057，2002 禾口文献 4，Α· Μ. Armani, R. P. Kulkarni，S. Ε. Fraser, R. C. Flagan, and K. J. Vahala, “ Label-Free， Single MoleculeDetection with Optical Microcavities， Science，317，783，2007)，表面等离子共振传感器(文献5，R. Karlsson， SPR for molecular interaction analysis a review of emerging application areas， “ Journal of Molecular Recognition, 17，151，2004)，光子晶体传感器(文献 6，S. C. Buswell, V. A. Wright, J. Μ· Buriak，V. Van IS. Evoy,Specific detection of proteins using photonic crystalwaveguides，，，0pt· Express，20，15949，2008 和文献 7，T. Lu and P. T Lee，“Ultra-high sensitivityoptical stress sensor based on double layered hotonic crystal microcavity,Opt. Express, 3,1518,2009)等等。其中，光子晶体传感器作为一种新的研究领域，由于光子晶体具有抑制自发辐射、体积小、易于集成、低功耗等特性，并有希望应用到微机电系统(MEMS)集成中；除此之外，光子晶体的另一个特性是它具有很小的体积模量，在传感器的应用上，光子晶体还可以实现高灵敏度的检测。由于光子晶体在微型传感器应用中具有巨大优势和潜力，所以近年来得到了广泛的研究同时也得到了很多有创造性的研究成果。例如2004年E.Chow等人的研究中提出并验证了基于二维光子晶体微腔结构的超紧凑微型生化传感器 (参考文献8,E. Chow,A. Grot,L. W. Mirkarimi,M. Sigalas,and G. Girolami,Ultracompact biochemical sensor builtwith two-dimensional photonic crystal microcavity, OPTICS LETTERS, 29, 2004) ；2005年0. Levy等人利用光子晶体波导结构研究了超高灵敏度的微位移传感器，但是品质因数却很低(参考文献9，0. Levya, B. Z. Steinberg, Μ. Nathan and A. Boag,Ultrasensitive displacementsensing using photonic crystal waveguides, APPLIED PHYSICS LETTERS，86，104102，2005)。在随后的几年中基于不同结构的光子晶体传感器相应的被提出，并应用到不用的领域，同时结构也越来越复杂(参考文献 10，Christopher Kangl, and Sharon Μ. Weiss，“Photoniccrystal with multiple-hole defect for sensor applications，，，Opt· Express，16，18188，2008 ；参考文献 11，Shota Kita, Kengo Nozaki and Toshihiko Baba, Refractive index sensing utilizing a cwphotonic crystal nanolaser and its array configuration, Opt. Express, 16,8174, 2008 ；参考文献 12, Carlos A. Barrios, Maria Jose Banuls, Victoria Gonzalez-Pedro, et al, Label-free op ticalbi ο sensing with slot-waveguides，，， OPTICS LETTERS，33，2008等)。随着传感技术的发展和实际的应用需要，光子晶体传感器阵列是未来的发展趋势、然而目前的研究还没有提及到光子晶体传感器阵列，只有Sudeep Mandal and David Erickson在2008年提出了类似的微型传感器阵列(参考文献13， Sudeep Mandal and David Erickson, Nanoscale optofluidic sensorarrays, Opt. Express, 16，1623,2008)。但是上文中提及的传感器阵列是由许多块单排孔光子晶体组合构成的，不是在同一块光子晶体平板模块上实现的。在本专利技术中首次提出将光子晶体传感器阵列在同一块二维光子晶体平板模块上实现，提出了一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列。由于光子晶体禁带微腔结构(参考文献 14，J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, E. R. Thoen, G. Steinmeyer, S. Fan，J. D. Joannopoulos，L C. Kimerling，H. I. Smith，and E. P. Ippen， “ Photonic bandgap microcavities inoptical waveguides, “ Nature，390，143，1997)會邑够在此基础上进一步减小光场的模式体积，提高品质因数，所以基于光子晶体禁带微腔结构可以实现更高灵敏度的微型传感器(参考文献15，S. C. Buswel本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列实现方法，其中：该光子晶体生化传感器阵列是基于空气孔三角晶格二维光子晶体平板结构，即空气孔硅介质背景结构，其中硅的折射率ｎｓｉ＝３．４８。
【技术特征摘要】
1.一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列实现方法，其中该光子晶体生化传感器阵列是基于空气孔三角晶格二维光子晶体平板结构，即空气孔硅介质背景结构，其中硅的折射率nsi = 3.48。2.如权利要求1所述的一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列实现方法，其特征是在沿Wl光子晶体波导方向上，在其附近引入具有不同谐振频率的光子晶体谐振腔阵列，构成光子晶体传感器阵列结构。3.如权利要求1或2所述的一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列实现方法，其特征在于光子晶体谐振腔的具体设计方法，本方案中谐振腔的设计是通过两个方面来设计完成的，即一是在水平方向上向外平移相邻的两个空气孔；二是改变空气孔的半径。4.如权利要求1或2所述的一种可实现并行感知的光子晶体生化传感器阵列实现方法，其特征在于通过测量输出端透射谱中谐振...
【专利技术属性】
技术研发人员：田慧平，杨大全，纪越峰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11
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