Использование связанных фотонно-кристаллических резонаторов для повышения чувствительности оптического датчика
Егоров А.В., Казанский Н.Л., Серафимович П.Г.

Институт систем обработки изображений РАН,
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва
(национальный исследовательский университет) (СГАУ)

 

DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-2-158-162

Аннотация:
Предложен и численно исследован способ двукратного повышения чувствительности оптического резонансного датчика. В качестве иллюстрации предложенного подхода рассчитан датчик на основе одного и двух связанных фотонно-кристаллических резонаторов. Продемонстрировано соответствие между аналитическим и численным подходами к моделированию. Исследованы допуски погрешностей изготовления предложенного устройства на основе связанных фотонно-кристаллических резонаторов. Показаны причины, которые приводят к тому, что погрешности изготовления уменьшают добротность резонансной системы, состоящей из двух резонаторов. Рассмотрены возможности компенсации погрешностей изготовления предложенного устройства.

Ключевые слова :
интегрированные на кристалле устройства, чувствительность, оптический резонансный датчик, массивы фотонно-кристаллических резонаторов.

Литература:

  1. Quan, Q. Single particle detection in CMOS compatible photonic crystal nanobeam cavities / Q. Quan, D.L. Floyd, I.B. Burgess, P.B. Deotare, I.W. Frank, S.K. Tang, M. Loncar // Optics Express. – 2013. – Vol. 21. – P. 32225-32233.
  2. Vollmer, F. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity / F. Vollmer, D. Braun, A. Libchaber, M. Kho­shsima, I. Teraoka, S. Arnold // Applied Physics Letters. – 2002. – Vol. 80. – P. 4057-4059.
  3. Robinson, J.T. On-chip gas detection in silicon optical microcavities / J.T. Robinson, L. Chen, M. Lipson // Optics Express. – 2008. – Vol. 16. – P. 4296-4301.
  4. Yang, J. Optical sensors based on active microcavities / J. Yang, L.J. Guo // IEEE Electronics Letters. – 2006. – Vol. 12. – P. 143-147.
  5. Arnold, S. Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption / S. Arnold, M. Khoshsima, I. Teraoka, S. Holler, F. Vollmer // Optics Letters. – 2003. – Vol. 28. – P. 272-274.
  6. Boyd, R.W. Sensitive disk resonator photonic biosensor / R.W. Boyd, J.E. Heebner // Applied Optics. – 2001. – Vol. 40. – P. 5742-5747.
  7. White, I.M. Liquid-core optical ring-resonator sensors / I.M. White, H. Oveys, X. Fan // Optics Letters. – 2006. – Vol. 31. – P. 1319-1321.
  8. Lee, M.R. Two-dimensional silicon photonic crystal based biosensing platform for protein detection / M.R. Lee, P.M. Fauchet // Optics Express. – 2007. – Vol. 15. – P. 4530-4535.
  9.  Akahane, Y. Fine-tuned high-Q photonic-crystal nanocavity / Y. Akahane, T. Asano, B.-S. Song, S. Noda // Optics Express. – 2005. – Vol. 13(4). – P. 1202–1214.
  10. Velha, P. Ultra-high-reflectivity photonic-bandgap mirrors in a ridge SOI waveguide / P. Velha, J.C. Rodier, P. Lalan­ne, J.P. Hugonin, D. Peyrade, E. Picard, T. Charvolin, and E. Hadji // New Journal of Physics (IOP). – 2006. – Vol. 8(204). – P. 1-13.
  11. Haus, H.A. Waves and Fields in Optoelectronics / H.A. Haus. – Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, 1984.
  12. Taflove, A. Computational Electrodynamics: The Finite-Diffe­rence Time-Domain Method / A. Taflove, S.C. Hagness. – 3rd ed. – Norwood, MA: Artech House, 2005.

© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20