Surface sensing with integrated optical waveguides: a design guideline

波导管 绝缘体上的硅 灵敏度(控制系统) 光学 折射率 材料科学 光电子学 计算机科学 电子工程 物理 工程类
作者
Johannes Milvich,Daria Kohler,W. Freude,C. Koos
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:26 (16): 19885-19885 被引量:39
标识
DOI:10.1364/oe.26.019885
摘要

Waveguide-based biochemical sensors exploit detection of target molecules that bind specifically to a functionalized waveguide surface. For optimum sensitivity, the waveguide should be designed to mediate maximum influence of the surface layer on the effective refractive index of the guided mode. In this paper, we define a surface sensitivity metric which quantifies this impact and which allows to broadly compare different waveguide types and integration platforms. Focusing on silicon nitride and silicon-on-insulator (SOI) as the most common material systems, we systematically analyze and optimize a variety of waveguide types, comprising simple strips, slot and double slot structures, as well as sub-wavelength gratings (SWG). Comparing the highest achievable surface sensitivities, we provide universal design guidelines and physically interpret the observed trends and limitations. Our findings allow to select the appropriate WG platform and to optimize sensitivity for a given measurement task.

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