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1、光电子·激光第20卷第9期2009年9月JournalofOptoelectronics·LaserVol.20No.9Sep.200933基于光学微环的化学传感器2,331,4333陈曜,李振宇,周治平,于军(1.区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室(北京大学),北京100871;2.广西大学物理科学与工程技术学院,广西南宁530004;3.华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074;4.美国乔治亚理工学院电子与计算机工程系,美国亚特兰大30332)摘要:以SiN为材料,采用与CMOS工艺相兼容的技术,制备了波导宽度为1μm,半径为400μm的SiN光学微
2、环。经测量,其品质因数(Q值)高达20000,自由光谱范围(FSR)为0.5nm。提出了采用光学微环传感器、单波长光源和光功率计对待测物进行测量的方案。实验证明,该方案与传统的采用光谱仪测量谐振峰值漂移的方法相比,可以取得更高的系统探测灵敏度。最后,利用微环传感器对葡萄糖溶液浓度进行测量,灵敏度高达-410折射率单元(RIU),证明了该传感器可以应用于溶液检测领域。关键词:微环传感器;品质因数;测试中图分类号:TN256文献标识码:A文章编号:100520086(2009)0921133204Chemicalsensorbasedonmicroringresonators2
3、,331,4333CHENYao,LIZhen2yu,ZHOUZhi2ping,YUJun(1.StateKeyLaboratoryonAdvancedOpticalCommunicationSystemsandNetworks,PekingUniversity,Beijing100871,China;2.CollegeofPhysicsScience&Technology,GuangxiUniversity,Nanning,530004,China;3.De2partmentofElectronicScience&Technology,HuazhongUniversity
4、ofScienceandTechnology,Wuhan,430074,China;4.SchoolofElectricalandComputerEngineering,GeorgiaInstituteofTechnology,AtlantaGeorgia3033220250,USA)Abstract:ThemicroringresonatorwasfabricatedbyusingCMOScompatibleprocesseswith1μmwidewaveguidesand400μminradius,whichhasahighQfactorupto20,000andaFr
5、eespectrumrangeof0.5nm.Ameasurementschemewasproposedbyusingtheresonator,asingle2wavelengthlightsourceandanopticalpowermeter,whichhashighersystemsensitivitythantheconventionalmeasurementset2upbydetectingresonancewavelengthshiftswithanopticalspectrometer.Finally,theresonatorwasap2-4pliedtode
6、tectglucoseconcentrationswithsensitivityashighas10RIU,whichprovesitsfeasibleap2plicationinliquidsensingareas.Keywords:microringresonatorsensor,Qfactor,measurement景的传感器件。1引言本文以Si片为衬底,通过材料生长、光刻和刻蚀等与化学传感器由于其在病毒、药品、食品和环境检测中的广CMOS相兼容的工艺,制备了基于SiN波导结构的光学微环器件。提出仅用单波长光源、光功率计等辅助设备的基于光学微泛应用而受到重视。在众多的
7、化学传感器中,基于光学平面波环传感器的测试方案,实现了对葡萄糖溶液浓度的测量,实验导的传感器具有尺寸小、单片集成、可靠性高、无标记探测和低[1]表明,该方案避免了光谱仪的20pm波长精确度的限制,仅取成本等其它传感器无法比拟的优势。目前,基于表面等离子[2][3][4]决与光源的波长稳定性和器件的Q值,与传统的采用光谱仪体共振、光学干涉和光学微腔等光学平面波导传感器件测量谐振波长漂移的方法相比,可以取得更高的系统灵敏度。已被报道。其中,光学微环传感器由于光在环形腔中与待测物进行多次相互作用的原理和本身的高品质因数,
