طراحی حسگر زیستی با حساسیت بالا مبتنی بر نانوحلقه های تشدیدگر کریستال فوتونی

امروزه حسگرهای زیستی کریستال فوتونی گوناگونی برای شناسایی و اندازه¬گیری مولکول¬های زیستی مختلف استفاده می¬شوند. این حسگرها در بستر کریستال فوتونی شامل حفره¬های هوا در صفحه¬ای دی¬الکتریک طراحی می¬شوند. سازوکار شناسایی این حسگرها به این صورت است که با اتصال مولکول زیستی به دیواره حفره در ناحیه سنجش حسگر، ضریب شکست حفره تغییر می¬کند. این تغییر ضریب شکست باعث ایجاد تغییر در طیف انتقال خروجی خواهد شد. این تغییر طیف انتقال به دو صورت جابه¬جایی طول¬موج تشدید و یا جابه¬جایی شدت طیف انتقال در طول¬موجی خاص است. در این پایان¬نامه پنج ساختار جدید برای استفاده در حسگری زیستی طراحی و شبیه¬سازی شده¬اند. سه حسگر ابتدایی مبتنی بر سازوکار شناسایی جابه¬جایی طول¬موج تشدید هستند. در طراحی¬ها به منظور افزایش محدودیت نوری و تزویج نوری بهتر بین موجبرها و نانوحلقه تشدیدگر، دو موجبر با انتهایی بسته به عنوان موجبر ورودی و خروجی قرار داده شده است. نانوتشدیدگر در ساختار اول با حذف حفره¬های هوا و در ساختار دوم با کاهش اندازه حفره¬ها ایجاد شده است. ضریب کیفیت در این دو ساختار به ترتیب برابر با 2530 و 2800 است. حساسیت این دو حسگر نیز به ترتیب برابر با 23/8 و nm/riu 78/9 است. در ساختار سوم علاوه بر نانوحلقه تشدیدگر، موجبرها نیز با کاهش اندازه حفره¬های هوا شکل گرفته¬اند. ضریب کیفیت این ساختار 3700 است. دو حسگر انتهایی مبتنی بر سازوکار شناسایی جابه¬جایی شدت طیف انتقال هستند. در ساختار چهارم و پنجم با افزایش یک واحدی ضریب شکست در حفره سنجش شدت طیف انتقال به ترتیب 125/4 و 28/14 واحد تغییر می کنند.