基于偏振选择各向异性BeS-Cladding硅微环谐振器的单设备VOC指纹
光学
2026-05-15 v1
摘要
提出一种基于各向异性硅硼硫化物(BeS)包覆的硅微环谐振器，用于偏振选择性检测呼出气体挥发性有机化合物生物标志物。BeS的各向异性介电响应使横电模式(TE)和横磁模式(TM)可探测包覆介电张量的正交分量，生成两个独立的光学可观测量。研究了五种临床相关生物标志物：丙酮、异戊烯、4-羟基己烯醛、丙烯醛和苯。首先，将原子水平光学常数纳入三维时域有限差分仿真，以评估传感器响应。TE模式显示所有分析物均匀色散0.263 nm，作为浓度参考信道；而TM模式产生0.200至0.426 nm的分析物特异性色散。对苯观察到独特的TM�幅反转，实现额外鉴别。最终得到的双偏振响应形成二维光学指纹，可在无需传感器阵列或多个功能化谐振器的情况下区分所有五种生物标志物。该装置的TE和TM模式质量因子分别为4520和3151，灵敏度最高可达6.5 nm/RIU，商数最高可达14.9 RIU，检测限可低至1.5 mRIU。交叉灵敏度分析进一步表明CO和HO可产生负TM色散，使干扰物在指纹平面中与目标生物标志物分离。该方案展示了一种紧凑的、无数组光子呼气分析途径，利用包覆各向异性特性实现。
引用
@article{arxiv.2605.15139,
title = {Single-Device VOC Fingerprinting via Polarization-Selective Anisotropic BeS-Clad Silicon Microring Resonator},
author = {Sudipta Saha and Shoumik Debnath and Md Kawsar Alam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.15139},
year = {2026}
}
备注
Sudipta Saha and Shoumik Debnath contributed equally to this work