微环谐振腔生物传感器（与光栅结合）

### 微环谐振腔生物传感器（与光栅结合） #### 概述 微环谐振腔作为一种重要的光学元件，在生物传感领域具有广泛的应用前景。本文介绍了一种结合了内壁光栅的紧凑型微环谐振腔生物传感器（IG-SMRR），该传感器在硅基板上实现了小于13μm×13μm的小尺寸，适用于无标记检测。通过将微环谐振腔与内壁光栅相结合，显著扩展了检测范围，提高了传感器的灵敏度。 #### 微环谐振腔（Microring Resonator, MRR） 微环谐振腔是一种基于光波导的光学谐振结构，其工作原理是利用光波在环形波导中的干涉效应来实现特定频率光的共振增强或抑制。微环谐振腔因其体积小、灵敏度高、易于集成等优点而被广泛应用于光学滤波器、调制器、传感器等领域。 #### 内壁光栅（Inner-Wall Grating, IG） 内壁光栅是一种特殊的光栅结构，它位于微环谐振腔内部，能够改变入射光的传播特性。当光波在微环谐振腔内部传播时，会与内壁光栅发生相互作用，从而影响光波的相位、强度分布等特性。这种相互作用可以进一步提高微环谐振腔的灵敏度，并且有助于扩展其检测范围。 #### 结合微环谐振腔与内壁光栅的优势 1. **扩大检测范围**：传统微环谐振腔的检测范围受到自由光谱区（Free Spectral Range, FSR）的限制。通过与内壁光栅结合，可以显著增加检测范围，使得传感器能够在更宽的波长范围内进行检测。 2. **提高灵敏度**：内壁光栅与微环谐振腔的结合不仅扩大了检测范围，还增强了传感器对样品变化的敏感性。这主要得益于内壁光栅对光波相位和强度的影响，使得微弱信号的变化能够被更有效地检测到。 3. **超大型准自由光谱区**：结合后的传感器具有超大的准自由光谱区（quasi-FSR），达到84.5nm，与传统微环谐振腔相比，扩大了超过3倍的检测范围。 4. **高浓度敏感度**：对于不同浓度的溶液（如氯化钠溶液和D-葡萄糖溶液），传感器表现出极高的敏感度，分别为996.91pm/%和968.05pm/%。对应的折射率敏感度也达到了559.5nm/RIU和558.3nm/RIU。 5. **紧凑设计**：该传感器在硅基板上的尺寸仅为13μm×13μm，实现了紧凑型设计，有利于大规模生产和集成。 #### 应用前景 结合了内壁光栅的微环谐振腔生物传感器在无标记检测方面展现出巨大的潜力。由于其高灵敏度和宽检测范围的特点，该传感器可以用于多种生物分子的快速检测，例如蛋白质、核酸、病原体等，为疾病诊断、食品安全检测、环境监测等领域提供了有力的技术支持。此外，这种紧凑型设计也有助于推动便携式、即时检测设备的发展，有望在未来成为生物传感领域的关键技术之一。