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微环差分光子生物传感器的传感性能

管磊 王卓然 袁国慧 陈昱任 董礼 彭真明

管磊, 王卓然, 袁国慧, 陈昱任, 董礼, 彭真明. 微环差分光子生物传感器的传感性能[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(2): 222002-0222002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222002
引用本文: 管磊, 王卓然, 袁国慧, 陈昱任, 董礼, 彭真明. 微环差分光子生物传感器的传感性能[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(2): 222002-0222002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222002
Guan Lei, Wang Zhuoran, Yuan Guohui, Chen Yuren, Dong Li, Peng Zhenming. Sensing performance of micro-ring differential optical biosensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(2): 222002-0222002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222002
Citation: Guan Lei, Wang Zhuoran, Yuan Guohui, Chen Yuren, Dong Li, Peng Zhenming. Sensing performance of micro-ring differential optical biosensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(2): 222002-0222002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222002

微环差分光子生物传感器的传感性能

doi: 10.3788/IRLA201847.0222002
基金项目: 

国家自然科学基金(61575038,61571096);中央高校基本科研业务费专项资金(ZYGX2015J052)

详细信息
    作者简介:

    管磊(1990-),男,硕士生,主要从事光通信与集成光学方面的研究。Email:1510644711@qq.com

  • 中图分类号: TN256

Sensing performance of micro-ring differential optical biosensor

  • 摘要: 通过模拟仿真,研究了基于绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator,SOI)的微环生物传感器的传感性能,得出其体传感灵敏度为38.71 nm/RIU,探测极限为1.810-3 RIU,Q值为2.22104。基于该结构,分析了噪声对传感器性能的影响,包括光源噪声和温度噪声。为了降低噪声影响,设计了具有参考和探测通道的双微环差分传感器,通过差分运算扣除噪声引起的谐振波长漂移,从而可以有效降低噪声对传感器探测结果的影响。通过数值模拟和计算,其被探测物的折射率变化的相对误差减小了15.85%,表明微环差分传感器可以有效降低噪声的影响,对提高微环生物传感器的性能将有极大的促进作用。
  • [1] Lu Xiaoyun, Xue Chenyang, Wang Yonghua, et al. Fabrication and test of millimeter-size CaF2 disk resonator[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(10):3049-3054. (in Chinese)卢晓云, 薛晨阳, 王永华, 等. 毫米级氟化钙盘腔的加工与测试[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(10):3049-3054.
    [2] Liang Jufa, Jing Shimei, Meng Aihua, et al. Integrated optical sensor based on a FBG in parallel with a LPG[J]. Chinese Optics, 2016, 9(3):329-334. (in Chinese)梁居发, 敬世美, 孟爱华, 等. 基于光纤布拉格光栅与长周期光栅并联的集成光学传感器[J]. 中国光学, 2016, 9(3):329-334.
    [3] Tomazio N B, Otuka A J G, Almeida G F B, et al. Femtosecond laser fabrication of high-Q whispering gallery mode microresonators via two-photon polymerization[J]. Journal of Polymer Science Part B:Polymer Physics, 2017, 55(7):569-574.
    [4] Wan H, Zhu H, Liu L, et al. Ultra-narrow-band optical filter based on whispery-gallery-mode hybrid-microsphere-cavity[C]//International Symposium on Optoelectronic Technology and Application, 2016:1015311.
    [5] Cui Naidi, Kou Jieting, Liang Jingqiu, et al. Athermal biosensor based on three waveguide micro-ring resonators[J]. Chinese Optics, 2014, 7(3):428-434. (in Chinese)崔乃迪, 寇婕婷, 梁静秋, 等. 三环型波导微环谐振器无热化生物传感器[J]. 中国光学, 2014, 7(3):428-434.
    [6] Wang H, Yuan L, Huang J, et al. Integrated microsphere whispering gallery mode probe for highly sensitive refractive index measurement[J]. Optical Engineering, 2016, 55(6):067105.
    [7] Xu Junjie. Fabrication and research of microdisk resonator with holes[D]. Changchun:Jilin University, 2016. (in Chinese)徐俊杰. 小孔圆盘复合结构微腔谐振器的制备与研究[D]. 长春:吉林大学, 2016.
    [8] Ying Yuhai. Design of new kind of tunable micro ring resonator[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(6):0620002. (in Chinese)应毓海. 新型的可调谐微环谐振器的设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(6):0620002.
    [9] Zhao Jian, Shi Qin, Xia Guoming, et al. Implementation and measurement of a miniaturized silicon resonant accelerometer[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(8):1927-1933. (in Chinese)赵健, 施芹, 夏国明, 等. 小型化硅微谐振式加速度计的实现与性能测试[J]. 光学精密工程, 2016, 24(8):1927-1933.
    [10] Sendowski J B. On-chip integrated label-free optical biosensing[D]. California:California Institute of Technology, 2013.
    [11] Claes T, Molera J G, Vos K D, et al. Label-free biosensing with a slot-waveguide-based ring resonator in silicon on insulator[J]. IEEE Photonics Journal, 2009, 1(3):197-204.
    [12] Barrois C A. Integrated microring resonator sensor arrays for labs-on-chips[J]. Analytical Bioanalytical Chemistry, 2012, 403(6):1467-1475.
    [13] Yalcin A, Popat K C, Aldridge L J C, et al. Optical sensing of biomolecules using microring resonators[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2006, 12(1):148-155.
    [14] Li Chao, Wang Yongjie, Li Fang. Highly stable FBG wavelength demodulation system based on F-P etalon with temperature control module[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(1):0122002. (in Chinese)李超, 王永杰, 李芳. 基于F-P温控标准具的高稳定性FBG波长解调系统[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(1):0122002.
    [15] Lee J M, Kim D J, Ahn H. Temperature dependence of silicon nanophotonic ring resonator with a polymeric overlayer[J]. Journal of Lightwave Technology, 2007, 25(8):2236-2243.
    [16] Wang C T, Wang C Y, Yu J H, et al. Highly sensitive optical temperature sensor based on a SiN micro-ring resonator with liquid crystal cladding[J]. Optics Express, 2016, 24(2):1002-1007.
  • [1] 蒋筱朵, 赵晓琛, 冒添逸, 何伟基, 陈钱.  采用传感器融合网络的单光子激光雷达成像方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20210871-1-20210871-7. doi: 10.3788/IRLA20210871
    [2] 夏利鹏, 刘昱恒, 周培基, 邹毅.  中红外集成光子传感系统研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220104-1-20220104-26. doi: 10.3788/IRLA20220104
    [3] 卢启景, 廖令琴, 舒方杰, 李明, 谢树森, 邹长铃.  基于回音壁微腔的可见光波段光频梳研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20220335-1-20220335-17. doi: 10.3788/IRLA20220335
    [4] 刘鹏飞, 任麟昊, 闻浩, 施雷, 张新亮.  集成电光频率梳研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20220381-1-20220381-18. doi: 10.3788/IRLA20220381
    [5] 王希, 刘英杰, 张子萌, 王嘉宁, 姚勇, 宋清海, 徐科.  2 μm波段片上光子集成器件的研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20220087-1-20220087-12. doi: 10.3788/IRLA20220087
    [6] 柏淼鑫, 金俪阳, 李嘉丽, 柴静, 史磊磊, 朱涛.  基于聚合物微球腔的高灵敏温度传感器(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20220535-1-20220535-7. doi: 10.3788/IRLA20220535
    [7] 陈沁, 南向红, 梁文跃, 郑麒麟, 孙志伟, 文龙.  片上集成光学传感检测技术的研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210671-1-20210671-18. doi: 10.3788/IRLA20210671
    [8] 罗强, 薄方, 孔勇发, 张国权, 许京军.  铌酸锂薄膜微腔激光器研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2021, 50(11): 20210546-1-20210546-13. doi: 10.3788/IRLA20210546
    [9] 吕桓林, 梁宇鑫, 韩秀友, 谷一英, 武震林, 赵明山.  基于狭缝波导的聚合物基微环折射率传感器研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0118001-0118001(6). doi: 10.3788/IRLA202049.0118001
    [10] 丁君珂, 陈浩, 蒋建光, 孟浩然, 刘欣悦, 郝寅雷.  集成光学移相器波长相关性的比较研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 520001-0520001(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0520001
    [11] 郝寅雷, 丁君珂, 陈浩, 蒋建光, 孟浩然, 刘欣悦.  集成光学移相干涉仪的研制与性能表征 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 420001-0420001(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0420001
    [12] 刘鑫, 孔梅, 徐亚萌, 王雪萍.  微环谐振器中各参数对光速控制输出脉冲畸变的影响仿真分析 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 918002-0918002(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0918002
    [13] 李振, 王纪强, 赵林, 张华文, 刘统玉.  基于差压原理的矿用光纤光栅风速传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 422002-0422002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0422002
    [14] 张昌锋, 毛文彪, 张济清, 郭强, 钟昇佑, 姚立斌.  液氮温区集成式数字温度传感器设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 422003-0422003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0422003
    [15] 谭巧, 徐启峰, 黄奕钒, 项宇锴.  一种基于径向偏振解调的线性光学电流传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 222003-0222003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0222003
    [16] 陈朝夕, 温浩康, 于浩, 李彬, 胡军, 郭天娥, 马小玲, 华平壤.  高掺铒硅基氧化钽脊形光波导 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 821002-0821002(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0821002
    [17] 杨旭, 李亚明, 郭肃丽, 李晶, 刘旭东.  拉曼增益对回音壁模式光学微腔的全光调制 . 红外与激光工程, 2017, 46(11): 1122003-1122003(5). doi: 10.3788/IRLA201746.1122003
    [18] 梁生, 刘腾飞, 盛新志, 娄淑琴, 张克.  基于空间域差分的φ-OTDR光纤分布式扰动传感器定位方法研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 622005-0622005(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0622005
    [19] 陈明, 赵永乐, 牛奔, 宋华.  基于铌酸锂光子线波长分裂器的研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 620003-0620003(4). doi: 10.3788/IRLA201645.0620003
    [20] 闫树斌, 马可贞, 李明慧, 郭泽彬, 骆亮, 张安富, 王任鑫, 薛晨阳.  面向陀螺应用的硅基大尺寸楔角型谐振腔 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 747-751.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-05
  • 修回日期:  2017-10-03
  • 刊出日期:  2018-02-25

微环差分光子生物传感器的传感性能

doi: 10.3788/IRLA201847.0222002
    作者简介:

    管磊(1990-),男,硕士生,主要从事光通信与集成光学方面的研究。Email:1510644711@qq.com

基金项目:

国家自然科学基金(61575038,61571096);中央高校基本科研业务费专项资金(ZYGX2015J052)

  • 中图分类号: TN256

摘要: 通过模拟仿真,研究了基于绝缘衬底上的硅(Silicon-On-Insulator,SOI)的微环生物传感器的传感性能,得出其体传感灵敏度为38.71 nm/RIU,探测极限为1.810-3 RIU,Q值为2.22104。基于该结构,分析了噪声对传感器性能的影响,包括光源噪声和温度噪声。为了降低噪声影响,设计了具有参考和探测通道的双微环差分传感器,通过差分运算扣除噪声引起的谐振波长漂移,从而可以有效降低噪声对传感器探测结果的影响。通过数值模拟和计算,其被探测物的折射率变化的相对误差减小了15.85%,表明微环差分传感器可以有效降低噪声的影响,对提高微环生物传感器的性能将有极大的促进作用。

English Abstract

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