Jiahui Zhang 1,2Feng Xu 1,2Ran An 1,2Lin Wang 1,2[ ... ]Yanqing Lu 1,**
Author Affiliations
Abstract
1 College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Integration of the Ministry of Education, Nanjing University, Nanjing 210009, China
3 College of Science, Wuxi University, Wuxi 214411, China
Fluorescence detection is widely used in biology and medicine, while the realization of on-chip fluorescence detection is vital for the portable and point-of-care test (POCT) application. In this Letter, we propose an efficient fluorescence excitation and collection system using an integrated GaN chip consisting of a slot waveguide and a one-dimensional photonic crystal (1D PC) waveguide. The slot waveguide is used to confine the excitation light for intense light–sample interaction, and the one-trip collection efficiency at the end of slot waveguide is up to 14.65%. More interestingly, due to the introduction of the 1D PC waveguide, the fluorescence signal is directly filtered out, and the excitation light is reflected to the slot waveguide for multiple excitations. Its transmittances for the designed exciting wavelength of 520 nm and the fluorescent wavelength of 612 nm are 0.2% and 85.4%, respectively. Finally, based on numerical analysis, the total fluorescence collection efficiency in our system amounts to 15.93%. It is the first time, to our knowledge, that the concept of an all-in-one-chip fluorescence detection system has been proposed, which paves the way for on-chip fluorescence excitation and collection, and may find potential applications of miniaturized and portable devices for biomedical fluorescence detection.
fluorescence slot waveguide photonic crystal on-chip 
Chinese Optics Letters
2023, 21(10): 101203
作者单位
摘要
1 西安文理学院信息工程学院, 陕西 西安 710065
2 西安交通大学 电子与信息学部微电子学院, 陕西 西安 710049
3 西安交通大学 西安市微纳电子与系统集成重点实验室, 陕西 西安 710049
提出一种基于缝隙波导的可分离且可同时测量接触电阻和无源互调(PIM)的电接触 PIM测试方法, 并在此基础上研究了金属接触 PIM的统计行为。通过接触样品的表面形貌和成分表征, 确定了铝合金和镀银铝合金待测件表面存在的氧化膜是产生 PIM的主要原因; 在几种不同压强下利用四线法多次重复加载后, 测量了接触电阻并获得了其统计规律; 利用设计的缝隙波导工装测试了铝合金和镀银铝合金金属接触界面接触电阻、 PIM和接触压力之间的关系。实验结果表明, 在特定压力下的接触电阻具有统计分布特性, 其 PIM值也随之具有波动性; 随着接触压力的增大, 接触电阻与 PIM值总体上都呈现下降的趋势, 且波动范围随之减小。
接触电阻 缝隙波导 统计分布 无源互调 微凸体 contact resistance slot waveguide statistical distribution Passive Intermodulation asperities 
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 278
作者单位
摘要
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
3 中央民族大学 理学院, 北京 100081
4 中国科学院 微电子研究所, 北京 100029
5 西安空间无线电技术研究所, 陕西 西安 710100
硅-有机复合光子集成技术充分发挥了硅光的大规模集成优势和有机聚合物材料的高电光系数优势, 在高性能集成微波光子系统中极具应用潜力。本文对硅-有机复合集成电光调制器结构进行了较为全面地优化设计和初步制备研究。电光有机聚合物填充在硅Slot波导的狭缝中, 优化Slot波导结构得到光场限制因子为0.32, 使得光波场与射频电场高度重合, 提高了电光调制效率。采用锥型波导模式转换结构实现Strip-to-Slot的低损耗耦合, 耦合效率为99.55%。重点分析了电极长度、宽度等参数对调制器频率响应的影响, 优化得到3 dB带宽为77 GHz, 半波电压-长度积为0.045 V·cm。根据仿真结果设计了用于制备调制器的MASK。实验制备了Slot波导并进行了聚合物的填充实验研究, 获得了良好的结果。
电光调制器 硅-有机复合集成 Slot波导 Strip-to-Slot模式转换器 半波电压-长度积 electro-optic modulator silicon-organic hybrid integration slot waveguide strip-to-slot mode converter half-wave voltage-length product 
光学 精密工程
2020, 28(10): 2138
作者单位
摘要
1 南京航空航天大学理学院, 江苏 南京 210016
2 南京林业大学理学院, 江苏 南京 210037
3 南京航空航天大学航天学院, 江苏 南京 210016
设计并优化了一种基于外反射原理的狭缝波导结构,可以实现将光限制在低折射率材料中传播且能量更为集中。这种狭缝波导由两块对称的高折射率板、中间一层低折射率狭缝和外围的包层构成。利用有限元分析方法,在入射波长为1550 nm的情况下,仿真研究了包层大小、狭缝高度、狭缝宽度和板宽度这4个关键参数对二维波导结构光场传播的影响,并对这些结构参数进行优化调整,使得能量更加集中在低折射率的狭缝中。利用优化后的参数建立三维波导模型,研究三维空间中电场的分布情况,证明了利用所设计的波导结构,可以将光限制在低折射率材料中传播。
光学器件 狭缝波导 外反射 有限元分析 光限制 低折射率材料 
激光与光电子学进展
2020, 57(13): 132303
作者单位
摘要
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 大连工业大学 基础教学部, 辽宁 大连 116034
基于狭缝波导结构, 设计了工作波长在890 nm的聚合物基微环。从折射率传感的角度详细分析了狭缝波导的模场特性。分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响。传统的狭缝波导具有较高的弯曲损耗, 这会影响微环谐振器的品质因子Q以及消光比。设计了非对称的狭缝结构, 保证波导模式位于波导中央传输, 降低弯曲损耗。为了条形波导与狭缝波导更好的耦合, 设计了基于多模干涉结构的条形-狭缝波导模式转换器。仿真表明设计的微环谐振器的传感灵敏度达到109 nm/RIU。
集成光学 狭缝波导 聚合物微环 光学传感 integrated optics slot waveguide polymeric microring optical sensing 
红外与激光工程
2020, 49(1): 0118001
作者单位
摘要
长春理工大学 理学院 光电信息科学与技术系, 长春 130022
利用非线性效应的全矢量模型和狭缝波导的有限元模场求解法,系统地研究了狭缝波导结构和包层材料对其非线性和功率限制特性的影响.研究结果表明,狭缝波导的硅臂宽度、狭缝宽度、硅层高度和包层材料均影响其非线性和功率限制特性.对于空气包层狭缝波导,不同结构参数下的最高功率限制因子对应的非线性系数均高于20 W-1·m-1,而最低非线性系数6.5 W-1·m-1均出现在模式截止附近,泄露损耗较大,功率限制较弱,故空气包层狭缝波导无法同时实现低非线性和高功率限制;如果在狭缝波导上包覆二氧化硅,则可以同时获得低非线性和高功率限制,非线性系数可低至4.12 W-1·m-1,同时功率限制因子可达42%.
集成光学 导波光学 有限元法 狭缝波导 导波结构 非线性 克尔效应 Integrated optics Guided-wave optics Finite element method Slot waveguide Guided-wave structures Nonlinear Kerr effect 
光子学报
2020, 49(2): 0213002
作者单位
摘要
1 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连 116024
2 大连工业大学 基础教学部, 辽宁 大连 116034
设计了在极近红外波段(890 nm)的聚合物基狭缝波导微环折射率传感器.分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响,以找到最佳的设计标准用于折射率传感.采用电子束光刻工艺制备了硅母版模,并用独特的氟化聚合物PFPE从硅母版模上成功制备了柔性软模具.采用紫外软压印工艺制备了聚合物基狭缝波导.波导的宽度和高度以及狭缝波导的宽度分别约为510 nm、830 nm和234 nm,聚合物狭缝波导残留层的厚度约为350 nm.制备的狭缝波导具有高的高宽比并与低成本批量生产工艺相兼容.
集成光学 狭缝波导 聚合物 光学传感 Integrated optics Slot waveguide Polymer Optical sensing 
光子学报
2020, 49(2): 0213001
作者单位
摘要
1 兰州交通大学电子与信息工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室, 甘肃 兰州 730070
为了优化微环谐振器的性能,提出了一种slot结构的反馈耦合波导微环谐振器。该结构通过在上下载型微环的基础上引入一个附加光场及采用slot波导来改善谐振器的性能参数。利用传输矩阵法分析了该改进型结构对相位、自由光谱范围及输出性能的影响,并用三维有限差分软件FDTD进行了模拟仿真。结果表明:基于微环谐振器的改进型结构的自由光谱范围由14.5 nm增大到了29 nm,消光比的绝对值从21 dB增大到了32 dB,有助于实现对应传感器件测量范围及灵敏度的提升。
集成光学 微环谐振器 传输矩阵法 反馈波导 slot波导 
光学学报
2019, 39(12): 1213001
作者单位
摘要
南京邮电大学 电子与光学工程学院微电子学院, 江苏 南京 210046
生物传感器在近几年发展迅速, 在医疗应用以及环境检测等发挥了重要的作用, 尤其是基于SOI(silicon-on-insulator)平台的光波导的生物传感器, 由于其成本低, 尺寸小等优点, 成为近几年的研究热点。故在单狭缝波导的基础上, 提出了一种新型双狭缝波导生物传感器, 通过研究生物传感器的原理, 并且利用有限单元法算法, 优化了该结构的参数。优化后的传感器相比于单狭缝生物传感器, 限制因子提高到52.96%, 灵敏度为1.10/RIU。
生物传感器 有限单元法 狭缝波导 灵敏度 biosensor finite element method slot waveguide sensitivity 
光学技术
2019, 45(3): 292
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海200093
狭缝波导由于具有将光场限制在中间空气狭缝区域中传输的特性,使其可用来提高太赫兹集成器件的性能。为了分析狭缝波导结构的太赫兹场的传输特性,利用二维有限时域差分法(COMSOL光学模块)得到了硅材质的狭缝波导在波长为450 μm时的太赫兹场的传输模式和频带宽度,并获得了狭缝波导结构参数与狭缝区域太赫兹场限制能力的关系以及与频带宽度的关系。研究结果为太赫兹狭缝波导的设计提供了参考。
狭缝波导 太赫兹 集成光学 准导模 频带宽度 slot waveguide terahertz integrated optics quasi-guided mode bandwidth 
光学仪器
2017, 39(4): 54

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