Optical Refractive Index Sensing Based on High-Q Bound States in the Continuum in Free-Space Coupled Photonic Crystal Slabs

折射率 光子晶体 检出限 波长 极限(数学) 光子学 材料科学 光电子学 光学 灵敏度(控制系统) Q系数 物理 化学 电子工程 数学 工程类 色谱法 谐振器 数学分析
作者
Yonghao Liu,Weidong Zhou,Yuze Sun
出处
期刊:Sensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:17 (8): 1861-1861 被引量:133
标识
DOI:10.3390/s17081861
摘要

High sensitivity (S) and high quality factor (Q) are desirable to achieve low detection limit in label-free optical sensors. In this paper, we theoretically demonstrate that single-layer and coupled bi-layer photonic crystal slabs (PCS) possess simultaneously high S and high Q near the bound states in the continuum (BIC). We theoretically achieved S > 800 nm/RIU and Q > 10⁷ in refractive index sensing in the 1400-1600 nm telecom optical wavelength bands. We experimentally demonstrated an S of 94 nm/RIU and a Q of 1.2 × 10⁴, with a detection limit of 6 × 10-5 refractive index unit. These sensor designs can find applications in biochemical sensing, environmental monitoring, and healthcare.

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