Photon. Res.封面故事
新加坡科技研究局微電子研究院納米光子研究中心設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于絕緣襯底上硅和絕緣襯底上氮化硅的用于2 μm和3.8 μm的低損耗中紅外波導(dǎo)及無源光子器件，提出了二氧化碳?xì)怏w傳感器作為中紅外應(yīng)用的方案。
中紅外波段（2—20 μm）涵蓋了很多分子的特征吸收譜。這一特性使得構(gòu)建中紅外光子傳感器成為可能。這些傳感器可應(yīng)用于環(huán)境、工業(yè)的檢測以及生物傳感。此外，中紅外波段含有大氣高透射率窗口，可用于自由空間光通信和激光雷達(dá)系統(tǒng)。鑒于硅光子在近紅外波段所表現(xiàn)出的優(yōu)勢，在中紅外的應(yīng)用中，它仍然是極具吸引力的技術(shù)方案。
許多互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)工藝兼容的材料體系和技術(shù)平臺被開發(fā)用于實(shí)現(xiàn)不同中紅外波段的低損耗光波導(dǎo)。這些材料包括絕緣襯底上硅、氮化硅上硅、硅上鍺、絕緣襯底上鍺、氮化硅上鍺、硅上藍(lán)寶石、硅上硅鍺合金以及絕緣襯底上氮化鋁。基于這些材料，世界范圍內(nèi)的許多課題組制作出了中紅外無源、有源光子器件。最新的相關(guān)研究成果綜述發(fā)表在Photonics Research 2017年第5卷第5期上 (T. Hu, et al., Silicon photonic platforms for mid-infrared applications )。
該文還報(bào)道了作者在短中紅外波段所做的研究工作。他們設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于絕緣襯底上硅和絕緣襯底上氮化硅的用于2 μm和3.8 μm的低損耗中紅外波導(dǎo)及無源光子器件，提出了二氧化碳?xì)怏w傳感器作為中紅外應(yīng)用的方案。分析指出，使用傳輸損耗為1.5 dB/cm的螺旋光波導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)20 ppm的探測極限。如果波導(dǎo)傳輸損耗減小，探測靈敏度可以進(jìn)一步提高。新加坡科技研究局微電子研究院納米光子研究中心主任盧國強(qiáng)博士認(rèn)為，相關(guān)研究對擴(kuò)展集成光學(xué)在其他方面的應(yīng)用具有重要意義。
下一步的工作重點(diǎn)是將高性能無源器件與中紅外激光器、探測器集成，實(shí)現(xiàn)高靈敏度氣體傳感器。
基于中紅外光子集成回路的緊湊型CO2氣體傳感器。中紅外光源和探測器之間的光波導(dǎo)是與被探測物相互作用的元件，其螺旋結(jié)構(gòu)可以增加相互作用的長度從而提高靈敏度。
論文鏈接：
https://www.osapublishing.org/prj/abstract.cfm?uri=prj-5-5-417
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