1、中文 5100 字 出处： Wang Y, Wang H, Xue Q, et al. Photonic crystal self-collimation sensorJ. Optics express, 2012, 20(11): 12111-12118. 光子晶体 自准直 传感器 Photonic crystal self-collimation sensor 学 部 （ 院 ）： 电子信息与电气工程学部 专 业： 生物医学工程 &
2、nbsp; 光子晶体 自准直传感器 1 光子晶体自准直传感 器 Yufei Wang, Hailing Wang,Qikun Xue, and Wanhua Zheng 1、 中国科学院 半导体研究所、集成光电子学国家重点实验室 2、 中国清华大学物理系 3、中国 龙岩大学 、 物理与机电工程学院 摘要： 提出了基于 二维光子晶体 和采用自准直效应的 折叠 迈克尔逊干涉仪 的新型折射率传感器， 并理论研究 了其性能。传感器 中包含了两个感测区域 。模拟结果表明，分支区域适用于 各种范围 小指标及
3、精细的检测，而反射区倾向于 大 变化范围 的指标和粗略检测。因为没有缺陷波导和无串扰信号，传感器有 望进行单片集成，低成本 ，无标记的实时并行感测。此外， 展示 了一种灵活设计的自准直 传感器阵列。 关键词： 纳米光子学 光子晶体 传感器 瞄准 光子集成电路 1. 介绍 基于全反射的光学传感器 ， 比如光纤型或者光波导型 马赫 -泽德干涉 传感器 ， 常常不能满足一些实际的需求 ： 尺寸 小，高灵敏度，价格便宜和低功耗。 光子晶体传感器 是 目前一种新型的传感器 ,其大约小于 商业集成光传感器
4、三个数量级 。 它们有不同的类型 ， 比如说 ：点缺陷型，线缺陷型，导谐振型和光子晶体激光型。 为了实现多个感测位点，光子晶体传感器阵列已经开发出来。曼德尔等 人 展示了基于硅波导与相邻的 一维 光子晶体微腔的 纳米级光电子流体传感器阵列。 杨等人 理论上研究 了基于 格移谐振腔侧耦合到一个单一的光子晶体波导 的 传感器阵列的性能。然而，前者 是在 许多单独的硅带 上实现的传感器 ，而不是一个单片硅板。而后者，每一空腔的 感测信号可能 由于 在多空腔并行感测 某些耦合（即串扰） 相互影响，并且如果由折射率改变 引起的一个信号的 变化 是如此之大，超出了 本征频率 峰相邻空腔，所述感
5、测信号识别将变得 困难。所以 ， 它总是导致信号失真串扰限制了传感器的单片平台上的分布 。 自准直的效应是 由 株式会社小坂研究所 等人发现，由普拉瑟等人改进 ， 它 是光子晶体 领域中研究的热点 。它是著名的允许 非衍射光 在一个无缺陷 的光子晶体没有“物理”的指导边界（ 例如线 缺陷波导） 传播 ，也使光束无串扰交叉。所述 无串扰特性赋予的单个装置的分布 相对大 的 自由 。 如何 利用该效应和保持其优先在快速发展的微纳米传感器？正如我们所知， 关于 微型光学传感器 有两种解决方案 。一种是基于光的谐振传播 当探测光穿过被测物体多次时 。另一种是基于 散射和辐射损耗 引起的 光
6、强衰减非共振 。在本文中，我们首先提出了一种基于折叠迈克尔逊自准直干涉仪 配有两个感测区的新型二光子晶体 自准直传感器 2 维光子晶体传感器。 该传感器不仅采用了分支传感区域，以使光束干 涉相位的变化，还能做采用反射传感 区域 以诱导各种干涉强度 的种类 。因此，传感器结合的谐振和衰减传感器的功能。其性能是由有限差分时域（ FDTD）方法研究。最后，我们将其应用到灵活传感器阵列。 2. 仿真模型 图 1（ a）该 折叠迈克尔逊自准直干涉仪 的结构示意图。（ b）相同的频率的等值线f=0.255 c a （大方形）和 f=0.275 c a （小方 形 ） 其
7、中 sensorn =1.0 为（实线）和 1.5为（虚线） 。 （ c） 能 带结构 分别 为 1 0.26ra ， 2r =0.392a 。阴影区域是带隙为 2r =0.392a ， 它涵盖了自准直的频率范围。插图显示了蚀刻 在硅的正方形格子气柱 形成的 无缺陷 的光子晶体。（ d）分离器透射率和 反射率。 如 图 1（ a） 所示 ，所提出的 折叠迈克尔逊自准直干涉仪是 由一个分离器和四个反射镜 M1， M2， M3和 M4 组成 。 无缺陷 的二维光子晶体的设计平台包括方形 晶格气柱 蚀刻 折射 率 为 3.5的硅 。气柱 半径1 0.26ra，其中 a是晶格常数。 在波矢量空间中的第二频带的 TE（平行于气柱的轴线的磁场） 的 频率等高线 ，表示光子晶体 在频率范围 0.255
