CẢM BIẾN CỘNG HƯỞNG FANO TƯƠNG THÍCH CMOS SỬ DỤNG CẤU TRÚC 3x3 GI-MMI ĐỂ PHÁT HIỆN ĐỘ MẶN NƯỚC BIỂN THEO THỜI GIAN THỰC

Lê Duy Tiến; Nguyễn Anh Tuấn; Nguyễn Văn Sơn; Đào Huy Du; Lê Trung Thành

doi:10.34238/tnu-jst.13570

CẢM BIẾN CỘNG HƯỞNG FANO TƯƠNG THÍCH CMOS SỬ DỤNG CẤU TRÚC 3x3 GI-MMI ĐỂ PHÁT HIỆN ĐỘ MẶN NƯỚC BIỂN THEO THỜI GIAN THỰC

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 09/09/25 Ngày hoàn thiện: 20/01/26 Ngày đăng: 20/01/26

Các tác giả

1. Lê Duy Tiến, Trường Quốc tế - Đại học Quốc gia Hà Nội
2. Nguyễn Anh Tuấn, Trường Quốc tế - Đại học 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 Công nghệ Thông tin Phenikaa - Đại học Phenikaa

Tóm tắt

Bài báo trình bày một cảm biến quang tích hợp đo độ mặn dựa trên cấu trúc giao thoa đa mode 3x3 được thiết kế tạo ra các cộng hưởng Fano sắc nét. Không giống như các cảm biến vòng cộng hưởng hoặc giao thoa Mach–Zehnder truyền thống, thiết kế này khai thác các mẫu giao thoa nội tại, cho phép chế tạo gọn nhẹ, tương thích công nghệ chế tạo bán dẫn và chịu được sai số công nghệ. Mô phỏng số cho thấy bước sóng cộng hưởng dịch 1,2 nm khi chiết suất thay đổi 0,0021, đạt độ nhạy 474,01 nm/RIU và giới hạn phát hiện 4,22×10⁻⁵ RIU. Cảm biến có tỷ lệ triệt tiêu khoảng 32 dB và biên dốc phổ cao. Được chế tạo trên nền Silic với sóng dẫn silicon nano, cảm biến hỗ trợ sản xuất quy mô lớn và tích hợp dễ dàng vào mạng cảm biến không dây để giám sát thời gian thực. Thiết bị đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng đo lường môi trường biển, nuôi trồng thủy sản và theo dõi biến đổi khí hậu, khẳng định cấu trúc bộ ghép giao thoa là ứng viên tiềm năng cho thế hệ cảm biến quang học tích hợp tiếp theo.

Từ khóa

Cộng hưởng Fano; Bộ ghép giao thoa đa mode 3x3; Quang tử Silic; Cảm biến độ mặn quang; Quang tích hợp

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo

[1] C. Dhote, A. Singh, and S. Kumar, "Silicon Photonics Sensors for Biophotonic Applications—A Review," IEEE Sensors Journal, vol. 22, no. 19, pp. 18228-18239, 2022, doi: 10.1109/JSEN.2022.3199663.

[2] N. L. Kazanskiy, S. N. Khonina, and M. A. Butt, "A Review of Photonic Sensors Based on Ring Resonator Structures: Three Widely Used Platforms and Implications of Sensing Applications," Micromachines, vol. 14, no. 5, 2023, doi: 10.3390/mi14051080.

[3] F. Peng, Z. Wang, G. Yuan, L. Guan, and Z. Peng, "High-Sensitivity Refractive Index Sensing Based on Fano Resonances in a Photonic Crystal Cavity-Coupled Microring Resonator," IEEE Photonics Journal, vol. 10, no. 2, pp. 1-8, 2018, doi: 10.1109/JPHOT.2018.2815622.

[4] T.-T. Le, Multimode Interference Structures for Photonic Signal Processing. Saarbrücken, Germany: LAP Lambert Academic Publishing, 2010.

[5] Z. E. A. Mohamed, S. A. Taya, A. H. M. Almawgani, and A. T. Hindi, "Fano Resonance Based on Coupling Between Nanoring Resonator and MIM Waveguide for Refractive Index Sensor," Plasmonics, vol. 19, no. 2, pp. 567-575, 2024, doi: 10.1007/s11468-023-02009-2.

[6] T.-T. Le and L. Cahill, "Microresonators based on 3x3 restricted interference MMI couplers on an SOI platform," in IEEE LEOS Annual Meeting, Belek-Antalya, Turkey, 2009, pp. 479–480.

[7] 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.

[8] Y. Shi, X. Li, P. Wang, Y. Zhang, B. Shi, and Y. Li, "A review: Salinity and temperature measurement based on optical fiber sensors," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 380, 2024, Art. no. 116040, doi: 10.1016/j.sna.2024.116040.

[9] X. Wang, X. Bai, M. Zhang, M. Wang, B. Yang, and C. Wu, "Optical salinity sensing based on Michaelson interferometer under water pressure up to 11,500 meters," Ocean Engineering, vol. 299, 2024, Art. no. 117307, doi: 10.1016/j.oceaneng.2024.117307.

[10] L. Ren, J. Zhao, Y. Zhou, L. Li, and Y.-N. Zhang, "Artificial neural network-assisted optical fiber sensor for accurately measuring salinity and temperature," Sensors and Actuators A: Physical, vol. 366, 2024, Art. no. 114958, doi: 10.1016/j.sna.2023.114958.

[11] T.-T. Le, "Realization of a multichannel chemical and biological sensor using 6×6 multimode interference structures," International Journal of Information and Electronics Engineering, vol. 2, no. 2, pp. 240–244, 2011.

DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.13570

Các bài báo tham chiếu

Hiện tại không có bài báo tham chiếu



Ghi nhớ