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基于SOI片上光互连的等离子体准连续谱束缚态光学传感研究

批准号:
62105158
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
戚志鹏
依托单位:
学科分类:
光子集成技术与器件
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
戚志鹏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
等离子体传感技术是最有潜力可以打破衍射极限,实现超高灵敏度片上光传感的方案之一。但介电损耗大,品质因子小是其应用中的瓶颈。针对上述问题,本项目提出了等离子体与准连续谱束缚态相结合的片上光传感方案,拟构建类似于超腔的介质-金属混合型等离子体谐振腔,通过控制材料比例,优化结构参数激发高品质因子、低损耗的等离子体准连续谱束缚态,并结合Si波导及新型模斑转换器实现片上光子-等离子互连,研制出适用于光纤系统的高性能等离子体准连续谱束缚态光传感芯片。本项目将主要研究等离子体准连续谱束缚态的物理机制,集成化方案以及光学传感特性,为基于准连续谱束缚态的集成光电器件的研究提供理论与实验依据。
英文摘要
Plasmonic sensing technology is one of the most promising solutions that can break the diffraction limit and achieve the ultra-sensitive on-chip optical sensing. However, the bottleneck is that the plasmonics own large dielectric losses and small quality (Q) factors, limiting the practical applications. Addressing the above problems, this project proposes an on-chip optical sensing scheme that combines plasmonics with quasi-bound states in the continuum (BICs). Here, a supercavity-like insulator-metal hybrid plasmonic cavity is proposed. It is expected to achieve high Q-factor and low-loss plasmonic quasi-BICs in such cavity by optimizing the structural parameters and the material ratios. We will adopt Si waveguides as well as novel spot-size converters to combine with the proposed plasmonic cavity to realize chip-scale photonic-plasmonic hybrid interconnections, and develop a high-performance plasmonic quasi-BIC-based chip-integrated optical sensor which is compatible with fiber network systems. This project will mainly investigate the physical mechanisms, the integration schemes and the sensing characteristics of the plasmonic quasi-BICs, providing theoretical and experimental basis for the study of quasi-BIC-based integrated optoelectronic devices.
SOI光传感芯片能够满足便携、准确的生化检测需求,在疫情防控方面起着重要的作用,因此其具有很大的研究和应用价值。目前,等离子体传感技术是最有潜力可以打破衍射极限,实现超高灵敏度片上光传感的方案之一。但介电损耗大,品质因子小是其应用中的瓶颈。针对上述问题,本项目提出了等离子体与准连续谱束缚态相结合的片上光传感方案,构造类似于"超腔"结构的介质-金属混合型等离子体谐振腔,通过控制材料比例,优化结构参数激发出高品质因子、低损耗的等离子体准连续谱束缚态,并结合Si波导及新型模斑转换器实现片上光子-等离子互连,研制出适用于光纤系统的高性能等离子体准连续谱束缚态光传感芯片。本项目主要研究等离子体准连续谱束缚态的物理机制,集成化方案以及光学传感特性,为基于准连续谱束缚态的集成光电子器件的研究提供理论与实验依据。
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