Фреймворк оптимизации кремниевых фотонных биосенсоров с эванесцентным полем на основе субдлинноволновых решеток

Кремниевые фотонные (SiP) биосенсоры с эванесцентным полем стремятся объединить информативные результаты лабораторной диагностики при существенно более низкой стоимости с портативностью и быстрым временем получения результата, характерными для бумажных тестов. Хотя SiP-биосенсоры, изготовленные с традиционными полосовыми волноводами, в некоторых приложениях обеспечивают хорошую чувствительность при безмаркёрном обнаружении, остаются возможности для улучшения. Проводились работы по созданию SiP-сенсоров с повышенной чувствительностью, используя альтернативные геометрии волноводов, включая субдлинноволновые решетки (SWG). Однако устройства на основе SWG хрупки и подвержены повреждениям, что ограничивает их пригодность для масштабируемого и портативного сенсинга. В настоящей работе мы исследуем SiP-датчики с микрокольцевыми резонаторами, спроектированные с SWG-волноводами, содержащими «fishbone» (рыбную кость), и подчеркиваем повышенную надежность, обеспечиваемую этой конструкцией. Мы представляем фреймворк оптимизации геометрий SWG-волноводов в стиле fishbone на основе численного моделирования, а затем экспериментально измеряем характеристики кольцевых резонаторов, изготовленных с оптимизированными волноводами, с целью работы в O- и C-диапазонах. Для устройств в O- и C-диапазонах мы регистрируем объемную чувствительность до 349 нм/RIU и 438 нм/RIU соответственно, и внутренние пределы обнаружения до 5.1 × 10^-4 RIU и 7.1 × 10^-4 RIU соответственно. Эта производительность сопоставима с современным уровнем датчиков на основе SWG, что делает fishbone SWG-резонаторы привлекательной, более прочной альтернативой традиционным конструкциям SWG.