Design of a mid-infrared suspended chalcogenide/silica-on-silicon slot-waveguide spectroscopic gas sensor with enhanced light-gas interaction effect

材料科学 硫系化合物 制作 光电子学 波导管 红外线的 芯(光纤) 光学 物理 医学 病理 复合材料 替代医学
作者
Mingquan Pi,Chuantao Zheng,Ran Bi,Huan Zhao,Lei Liang,Yù Zhang,Yiding Wang,Frank K. Tittel
出处
期刊:Sensors and Actuators B-chemical [Elsevier]
卷期号:297: 126732-126732 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.snb.2019.126732
摘要

Abstract The reported chalcogenide (ChG) waveguide sensor mainly focuses on rectangular waveguide with a small evanescent field for light-gas interaction. In order to improve the sensing performance in the mid-infrared spectral range and ease wavguide fabrication, a suspended ChG/silica-on-silicon slot-waveguide gas sensor was proposed, where ChG was used as the core layer, silica was adopted as the lower buffer as well as a support layer with the silica under the waveguide core removed. The new sensor structure resulted in an increased light-gas interaction, a decreased waveguide loss in the mid-infrared and a small depth-to-width ratio for feasible slot fabrication. The optimized suspended slot waveguide reveals a large power confinement factor (PCF) of 85.77% at 3291 nm. CH4 was adopted as the target gas for performance evaluation of the ChG/silica-on-silicon slot-waveguide sensor at the absorption line of 3038.5 cm−1. An optimal waveguide length of 1.45 cm was determined with a waveguide loss of 3 dB/cm for maximizing the sensitivity. The response time is as short as
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