High-Q and high-sensitivity width-modulated photonic crystal single nanobeam air-mode cavity for refractive index sensing

逐渐变细 折射率 材料科学 灵敏度(控制系统) 光学 光子晶体 光电子学 Q系数 多路复用 单模光纤 谐振器 物理 光纤 电信 电子工程 计算机图形学(图像) 计算机科学 工程类
作者
Daquan Yang,Huiping Tian,Yuefeng Ji
出处
期刊:Applied Optics [Optica Publishing Group]
卷期号:54 (1): 1-1 被引量:85
标识
DOI:10.1364/ao.54.000001
摘要

We propose a novel optical sensor based on a one-dimensional (1D) photonic crystal (PhC) single nanobeam air-mode cavity (SNAC). The performance of the device is investigated theoretically. By introducing a quadratically modulated width tapering structure, a waveguide-coupled 1D-PhC SNAC with a calculated high quality factor of 5.16×10(6) and an effective mode volume of V(eff)∼2.18(λ/n(si))(3) can be achieved. For the air mode mentioned above, the light field can be strongly localized inside the air region (low index) and overlaps sufficiently with the analytes. Thus, the suggested PhC SNAC can be used for high-sensitivity refractive index sensing with an estimated high sensitivity of 537.8 nm/RIU. To the best of our knowledge, this is the first PhC single nanobeam geometry that features both high Q-factors and high sensitivity, and is potentially an ideal platform for realizing ultracompact lab-on-a-chip applications with dense arrays of functionalized spots for multiplexed sensing.

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