光學(xué)生物傳感器因其響應(yīng)速率快、靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢,在醫(yī)療、食品安全、環(huán)境檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用�；赟OI平臺的無源波導(dǎo)由于尺寸小、集成度高、性能優(yōu)異已經(jīng)在生物傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但是其1100nm以上的工作波段使得探測成本較高;基于Si3N4和SiON平臺的無源波導(dǎo)近年來發(fā)展迅速,其工作波段可以覆蓋可見光,同時易于與硅探測器集成的特點(diǎn)大大降低了探測成本,因此在光學(xué)傳感領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿�。本文旨在SOI平臺、Si3N4和SiON平臺上實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)異的微環(huán)諧振傳感器。本文首先詳細(xì)介紹了微環(huán)諧振器的基本原理,使用傳輸矩陣分析了微環(huán)諧振器的傳輸光譜,分析了其性能參數(shù)和傳感原理。接著在此基礎(chǔ)上提出了一種基于偏振的游標(biāo)效應(yīng)的傳感方式,理論分析了其可行性和性能參數(shù),并提出了在SOI平臺上較為完善的設(shè)計方案,理論仿真得到該種探測方式可以將現(xiàn)有的傳感靈敏度提升一個數(shù)量級。然后詳細(xì)介紹了硅基光波導(dǎo)的制作工藝,搭建了偏振可控的微流控測試系統(tǒng)。最后,詳細(xì)比較了基于SOI平臺和Si3N4平臺的微環(huán)諧振器的性能,主要包括傳感靈敏度和溫度靈敏度;然后使用SiON材料制作微環(huán)諧振器,實(shí)現(xiàn)了...

【文章來源】： 浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1. 緒論
    1.1 光學(xué)生物傳感簡述
    1.2 主要的光學(xué)傳感器件
        1.2.1 光纖傳感
        1.2.2 表面等離子體傳感器
        1.2.3 集成平面光波導(dǎo)傳感器
        1.2.4 光子晶體傳感器
        1.2.5 小結(jié)
    1.3 集成平面光波導(dǎo)平臺的比較
    1.4 論文主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
2. 環(huán)形諧振器的基本原理和傳感分析
    2.1 環(huán)形諧振器的基本原理
        2.1.1 環(huán)形諧振器的基本結(jié)構(gòu)
        2.1.2 環(huán)形諧振器的矩陣分析方法
        2.1.3 諧振方程
        2.1.4 自由光譜范圍FSR
        2.1.5 品質(zhì)因子、精細(xì)度和消光比
    2.2 環(huán)形諧振器傳感分析
    2.3 本章小結(jié)
3. 基于偏振游標(biāo)效應(yīng)的微環(huán)諧振傳感器
    3.1 偏振游標(biāo)效應(yīng)基本原理
    3.2 基于偏振游標(biāo)效應(yīng)的傳感特性
        3.2.1 靈敏度放大倍率
        3.2.2 傳感仿真
    3.3 基于偏振游標(biāo)效應(yīng)的微環(huán)諧振器設(shè)計
        3.3.1 波導(dǎo)材料的選擇
        3.3.2 模式能量比對傳輸譜的影響
        3.3.3 耦合效率比對傳輸譜的影響
    3.4 本章小結(jié)
4. 硅基光波導(dǎo)的制作工藝與測試系統(tǒng)
    4.1 硅基光波導(dǎo)的制作工藝
        4.1.1 基片清洗與甲烷化處理
        4.1.2 勻膠
        4.1.3 紫外光刻
        4.1.4 電子束曝光
        4.1.5 刻蝕
        4.1.6 生長上包層
        4.1.7 開窗工藝
    4.2 硅基光波導(dǎo)的測試系統(tǒng)
        4.2.1 耦合系統(tǒng)
        4.2.2 偏振控制系統(tǒng)
        4.2.3 微流通道
        4.2.4 測試系統(tǒng)搭建
    4.3 本章小結(jié)
5. 基于Si₃N₄和SiON微環(huán)諧振器的傳感器
    5.1 基于SOI平臺與基于Si₃N₄平臺的微環(huán)諧振器的傳感比較
        5.1.1 波導(dǎo)設(shè)計與耦合區(qū)設(shè)計
        5.1.2 傳感靈敏度比較
        5.1.3 溫度靈敏度比較
        5.1.4 實(shí)驗(yàn)小結(jié)
    5.2 基于氮氧化硅的級聯(lián)雙環(huán)諧振器的傳感
        5.2.1 級聯(lián)雙環(huán)諧振器傳感分析
        5.2.2 基于850nm的氮氧化硅級聯(lián)雙環(huán)傳感
        5.2.3 實(shí)驗(yàn)小結(jié)
    5.3 本章小結(jié)
6. 總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]硅基集成光波導(dǎo)生物傳感器研究[D]. 江先鑫.浙江大學(xué). 2015

碩士論文
[1]氮化硅集成光波導(dǎo)損耗特性研究[D]. 薛暉.東南大學(xué). 2017



本文編號：3550637