CẢM BIẾN QUANG SIÊU NHẠY DỰA TRÊN CẤU TRÚC MMI 3x3  BẤT ĐỐI XỨNG SỬ DỤNG ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ CHO ỨNG DỤNG ĐO  ĐỘ MẶN TRONG CÁC HỆ THỐNG IOT KHÔNG DÂY

Trần Văn Cường; Lê Duy Tiến; Nguyễn Văn Sơn; Đào Huy Du; Lê Trung Thành

doi:10.34238/tnu-jst.13354

CẢM BIẾN QUANG SIÊU NHẠY DỰA TRÊN CẤU TRÚC MMI 3x3 BẤT ĐỐI XỨNG SỬ DỤNG ĐIỀU BIẾN CƯỜNG ĐỘ CHO ỨNG DỤNG ĐO ĐỘ MẶN TRONG CÁC HỆ THỐNG IOT KHÔNG DÂY

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 02/08/25 Ngày hoàn thiện: 10/12/25 Ngày đăng: 11/12/25

Các tác giả

1. Trần Văn Cường, Trường Đại học Đông Đô
2. Lê Duy Tiến, Trường Quốc tế - ĐH Quốc gia Hà Nội
3. Nguyễn Văn Sơn, Trường Đại học Mở Hà Nội
4. Đào Huy Du, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên
5. Lê Trung Thành , Trường Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội

Tóm tắt

Nghiên cứu này đề xuất một cấu trúc cảm biến quang học tích hợp mới, có độ nhạy cao, dựa trên cơ chế điều biến cường độ ánh sáng, sử dụng cấu trúc ghép 3x3 General-Interference Multimode Interference (GI-MMI) kết hợp với một vòng cộng hưởng quang. Cảm biến hoạt động tại bước sóng cố định 1550 nm, cho phép phát hiện sự thay đổi chiết suất môi trường thông qua biến thiên cường độ đầu ra mà không cần quét phổ. Bằng cách cố ý phá vỡ đối xứng mode trong vùng GI-MMI, cấu trúc tạo ra đường truyền có dạng Fano bất đối xứng với độ dốc rất lớn. Thiết kế này giúp tăng hơn 30 lần độ nhạy cường độ so với các cấu trúc Mach–Zehnder (MZI) hay vòng cộng hưởng thông thường. Mô phỏng FDTD xác nhận khả năng ứng dụng của cảm biến trong đo độ mặn nước biển, thể hiện mối tương quan rõ rệt giữa nồng độ NaCl và cường độ tín hiệu. Thiết bị được chế tạo trên nền tảng silicon-on-insulator (SOI), tương thích hoàn toàn với công nghệ CMOS, giúp dễ dàng sản xuất hàng loạt và tích hợp. Với kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và khả năng đo tại một bước sóng cố định, cảm biến này đặc biệt phù hợp cho triển khai từ xa trong môi trường biển và tích hợp vào các mạng cảm biến không dây (IoT).

Từ khóa

Cộng hưởng Fano; Quang tử SOI; Cảm biến quang độ mặn; Cảm biến nước biển; Quang tử tích hợp

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] G. Keiser, "Silicon Photonic Applications to Biomedical Sensors," in 2024 International Workshop on Fiber Optics in Access Networks (FOAN), Oct. 29-30, 2024, pp. 18-18, doi: 10.1109/ FOAN63517.2024.10765690.

[2] T. T. Le, Multimode Interference Structures for Photonic Signal Processing: Modeling and Design. Lambert Publisher, Germany, 2010.

[3] J. Zhou, L. Wang, C. Wang, et al., "High-Sensitivity Optical Sensor Based on Multimode Interference and Microring Resonator," Sensors, vol. 23, no. 5, pp. 2201-2207, 2023, doi: 10.3390/s23052201.

[4] N. F. A. Zaidi et al., "AI-powered MMI fiber sensors for wide-range refractive index detection using neural networks algorithm," Optical Fiber Technology, vol. 90, 2025, doi: 10.1016/j.yofte.2024.104113.

[5] A. H. E. Morshed, "Multimode Interference Sensors for Static and Dynamic Monitoring," in Optical Technologies for Advancing Communication, Sensing, and Computing Systems, S. W. Harun Ed. Rijeka: IntechOpen, 2024.

[6] W. Li, Z. Xu, and Y. Shen, "Fano Resonance-Enhanced Refractive Index Sensor for Seawater Detection," IEEE Photonics Technology Letters, vol. 36, no. 3, pp. 215-218, 2024, doi: 10.1109/lpt.2024.3145087.

[7] J. Kim, S. Choi, and Y. Park, "Compact Salinity Sensor Using Intensity-Modulated Interferometric Structure," Optics Express, vol. 31, no. 7, pp. 9052-9064, 2023, doi: 10.1364/oe.485019.

[8] A. Ghaffar et al., "High pressure sensor based on intensity-variation using polymer optical fiber," Scientific Reports, vol. 14, no. 1, 2024, doi: 10.1038/s41598-024-69094-z.

[9] Q. Liu, K. W. Kim, Z. Gu, J. S. Kee, and M. K. Park, "Single-channel Mach-Zehnder interferometric biochemical sensor based on two-lateral-mode spiral waveguide," Optics Express, vol. 22, no. 23, pp. 27910-27920, 2014, doi: 10.1364/OE.22.027910.

[10] A. F. Gavela, D. G. García, J. C. Ramirez, and L. M. Lechuga, "Last Advances in Silicon-Based Optical Biosensors," Sensors, vol. 16, no. 3, 2016, doi: 10.3390/s16030285.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13354

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ