基于微环谐振器的光波导传感器研究

发布时间：2021-12-24 14:18

　　光学生物传感器因其响应速率快、灵敏度高、抗电磁干扰能力强的优势,在医疗、食品安全、环境检测等领域发挥着越来越重要的作用。基于SOI平台的无源波导由于尺寸小、集成度高、性能优异已经在生物传感领域得到了广泛的应用,但是其1100nm以上的工作波段使得探测成本较高;基于Si3N4和SiON平台的无源波导近年来发展迅速,其工作波段可以覆盖可见光,同时易于与硅探测器集成的特点大大降低了探测成本,因此在光学传感领域极具发展潜力。本文旨在SOI平台、Si3N4和SiON平台上实现性能优异的微环谐振传感器。本文首先详细介绍了微环谐振器的基本原理,使用传输矩阵分析了微环谐振器的传输光谱,分析了其性能参数和传感原理。接着在此基础上提出了一种基于偏振的游标效应的传感方式,理论分析了其可行性和性能参数,并提出了在SOI平台上较为完善的设计方案,理论仿真得到该种探测方式可以将现有的传感灵敏度提升一个数量级。然后详细介绍了硅基光波导的制作工艺,搭建了偏振可控的微流控测试系统。最后,详细比较了基于SOI平台和Si3N4平台的微环谐振器的性能,主要包括传感灵敏度和温度灵敏度;然后使用SiON材料制作微环谐振器,实现了...

【文章来源】： 浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1. 绪论
    1.1 光学生物传感简述
    1.2 主要的光学传感器件
        1.2.1 光纤传感
        1.2.2 表面等离子体传感器
        1.2.3 集成平面光波导传感器
        1.2.4 光子晶体传感器
        1.2.5 小结
    1.3 集成平面光波导平台的比较
    1.4 论文主要内容和创新点
2. 环形谐振器的基本原理和传感分析
    2.1 环形谐振器的基本原理
        2.1.1 环形谐振器的基本结构
        2.1.2 环形谐振器的矩阵分析方法
        2.1.3 谐振方程
        2.1.4 自由光谱范围FSR
        2.1.5 品质因子、精细度和消光比
    2.2 环形谐振器传感分析
    2.3 本章小结
3. 基于偏振游标效应的微环谐振传感器
    3.1 偏振游标效应基本原理
    3.2 基于偏振游标效应的传感特性
        3.2.1 灵敏度放大倍率
        3.2.2 传感仿真
    3.3 基于偏振游标效应的微环谐振器设计
        3.3.1 波导材料的选择
        3.3.2 模式能量比对传输谱的影响
        3.3.3 耦合效率比对传输谱的影响
    3.4 本章小结
4. 硅基光波导的制作工艺与测试系统
    4.1 硅基光波导的制作工艺
        4.1.1 基片清洗与甲烷化处理
        4.1.2 匀胶
        4.1.3 紫外光刻
        4.1.4 电子束曝光
        4.1.5 刻蚀
        4.1.6 生长上包层
        4.1.7 开窗工艺
    4.2 硅基光波导的测试系统
        4.2.1 耦合系统
        4.2.2 偏振控制系统
        4.2.3 微流通道
        4.2.4 测试系统搭建
    4.3 本章小结
5. 基于Si₃N₄和SiON微环谐振器的传感器
    5.1 基于SOI平台与基于Si₃N₄平台的微环谐振器的传感比较
        5.1.1 波导设计与耦合区设计
        5.1.2 传感灵敏度比较
        5.1.3 温度灵敏度比较
        5.1.4 实验小结
    5.2 基于氮氧化硅的级联双环谐振器的传感
        5.2.1 级联双环谐振器传感分析
        5.2.2 基于850nm的氮氧化硅级联双环传感
        5.2.3 实验小结
    5.3 本章小结
6. 总结与展望
参考文献
作者简介


【参考文献】：
博士论文
[1]硅基集成光波导生物传感器研究[D]. 江先鑫.浙江大学. 2015

硕士论文
[1]氮化硅集成光波导损耗特性研究[D]. 薛晖.东南大学. 2017



本文编号：3550637