Breaking the trade-off between sensitivity and Q-factor for high-Q slot mode photonic crystal nanobeam cavity biosensors with optomechanical feedback

灵敏度(控制系统) 光电子学 谐振器 材料科学 生物传感器 Q系数 光子晶体 单模光纤 光子学 量子点 物理 低语长廊波浪 光学 共振(粒子物理) 石墨烯 光力学 纳米线
作者
Mertcan Erdil,Serdar Kocaman
标识
DOI:10.1117/12.2509659
摘要

Here, a method to eliminate the trade-off between quality factor (Q-factor) and sensitivity of a one dimensional slot mode photonic crystal nanobeam cavity biosensor is presented. Applied method utilizes an optomechanical feedback mechanism in order to generate transverse gradient optical forces inside the cavity. A pump mode is utilized in order to generate the optical force, triggered by intrusion of analyte into the background medium. The amount of generated force is controlled via an interference mechanism at the output realized by the feedback loop. By utilizing created optical force, slot width of the nanobeam cavity is dynamically tuned and the quality factor degradation due to the decrease in the refractive index contrast of the cavity is compensated by enhancing the field confinement inside the cavity. With the contribution of the slot width tuning to the resonant wavelength shift, sensitivity of the biosensor is increased without any degradation of the Q-factor. Numerical analyses regarding the cavity design and the elimination of trade-off are provided. Obtained results show that the both performance can be increased at the same time.
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