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Review of design principles of 2D photonic crystal microcavity biosensors in silicon and their applications

Frontiers of Optoelectronics 2016年第2期9卷 206-224页

作者： Swapnajit CHAKRAVARTY Xiangning CHEN Naimei TANG Wei-Cheng LAI Yi ZOU Hai WAN Ray T. CHEN Omega Optics Inc. Austin TX 78757 USA Department of Electrical and Computer Engineering University of Texas at Austin Austin TX 78712 USA School of Electronic Science and Engineering Nanjing University Nanjing 210093 China

In this paper, we reviewed the design principles of two-dimensional （2D） silicon photonic crystal microcavity （PCM） biosensors coupled to photonie crystal waveguides （PCWs）. Microcavity radiation loss is con- trolled by engineered the cavity mode volume. Coupling loss into the waveguide is controlled by adjusting the position of the microcavity from the waveguide. We also investigated the dependence of analyte overlap integral （also called fill fraction） of the resonant mode as well as the effect of group index of the coupling waveguide at the resonant wavelength of the microcavity. In addition to the cavity properties, absorbance of the sensing medium or analyte together with the affinity constant of the probe and target biomarkers involved in the biochemical reaction also limits the minimum detection limits. We summarized our results in applications in cancer biomarker detection, heavy metal sensing and therapeutic drug monitoring.

关键词： photonic crystal (PC) sensor biosensor slowlight photonic crystal microcavity (PCM) photonic crystalwaveguide (PCW) high sensitivity high specificity,photonic integrated circuits (PICs) nanophotonics

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