基于硅氮光子波导的Young干涉仪用于分子探测

基于光子集成电路的器件在开发低成本、高性能、工业级可制造传感器方面发挥着关键作用。我们报告了基于硅氮光子波导的集成光子传感器设计、制造与应用，该传感器采用Young干涉仪配置，并结合互补金属氧化物半导体（CMOS）成像检测。我们采用有限时域法（finite-difference time-domain method）分析传感器装置的性能，优化基本横电模（fundamental transverse-electric, TE）模式的灵敏度。我们发展了一种低成本制造方法，用于光子传感器芯片，采用光 lithography 兼容的尺寸，并采用湿法刻蚀二氧化硅制造探测区。我们通过测量水溶液中葡萄糖浓度引起的光相位变化来演示传感器功能。我们获得的干涉图样可见度超过0.75，测量了葡萄糖浓度在10 ug/ml量级的相位差，对应探测区域内约10$^7$个分子。我们展望将此工作扩展至基于分子结合的功能化表面传感器。本工作将影响生物传感应用，并更广泛地推动干涉仪式光子器件的制造。