组成图示
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传感器类型
其他（光子晶体慢光折射率生物传感器）
检测对象
水（water）、DNA（deoxyribonucleic acid）等生物分析物（biological analyte）；样品基质：选择性浸润液体/生物样品（水或 DNA 溶液）
检测原理
该传感器采用无标记折射率检测。首先，选择性液体浸润 W1 光子晶体波导两侧空气孔，形成低色散慢光区，群指数 ng≈10，群速度色散接近零，避免脉冲展宽并提高光场能量密度。脊形波导经渐变耦合区将光耦合进 W1 慢光波导，再耦合至半环腔。生物分析物浸润环腔孔后，生物识别事件或样品浓度变化引起局部折射率变化，改变环腔有效折射率，使环腔共振波长发生漂移。慢光效应通过增大光子态密度和场重叠因子 f 放大光-物质相互作用，使波长漂移随折射率变化线性增大。最终由透射谱中尖锐共振峰位移读出信号，灵敏度为 293 nm/RIU。
检测灵敏度
灵敏度: 293 nm/RIU；传统波导-环腔: 77 nm/RIU；单排环腔: 187 nm/RIU；仅谐振器: 100 nm/RIU；n=1.48–1.50 时: 332 nm/RIU（共振波长漂移约 6.64 nm）；Q 因子: SlowBio 950，传统 650
效应效果
数值仿真表明，SlowBio 的折射率灵敏度为 293 nm/RIU，比传统波导-环腔结构 77 nm/RIU 高约 3.8 倍，也比仅谐振器系统 100 nm/RIU 高，说明慢光波导-环腔耦合可增强光-物质相互作用。单排环腔结构灵敏度降至 187 nm/RIU，三排环腔与两排最优结构相近且更易浸润。SlowBio 的 Q 因子为 950，传统结构为 650。器件尺寸约 22 μm×8 μm，长度约 22 μm，具有超紧凑和低功耗特点。与文献平面光子晶体传感器 70、103、212、184 nm/RIU 相比更高，但低于异质结构槽型光子晶体腔，且耦合难度更低。论文未报告实验选择性、RSD、稳定性或实际样品回收率，作者主张其可用于生化与生物医学传感诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅（Si）平板，有效折射率 n_eff=2.83，支撑二维光子晶体并限制 TE 偏振光场。
- 光子晶体波导：W1 二维三角晶格空气孔波导，周期 a=410 nm，孔半径 123 nm（0.3a），移除中心一排孔形成 W1 波导，引导光并支持慢光模。
- 光流体慢光修饰层：波导两侧前两排空气孔选择性浸润液体（n≈1.5，可调），形成低色散慢光区，群指数 ng≈10，增强光-物质相互作用。
- 耦合区：输入/输出脊形波导（ridge waveguide）与渐变光子晶体耦合区（tapered PhC coupler），晶格周期从 480 nm 渐变至 410 nm，长度 7 周期，提高耦合效率。
- 识别/传感区：半环腔（half-ring cavity）耦合到 W1 波导，黄色标记孔浸润分析物/生物样品，作为无标记生物识别事件区（未指定抗体/适配体）。
- 信号读出：光学透射谱检测，监测环腔共振波长漂移（spectral dip shift），输出折射率变化信号。
中文摘要
作者提出一种基于光子晶体（PhC）结构选择性液体浸润的光流体生物传感器架构。该传感器由光子晶体平台上的半环腔与光流体慢光波导耦合构成，利用选择性浸润波导两侧空气孔形成低色散慢光区，使群指数 ng≈10 且群速度色散接近零，从而增强光场能量密度和光-物质相互作用。生物样品浸润环腔传感区后引起局部折射率变化，导致环腔共振波长发生漂移，通过透射谱中的尖锐共振峰位移实现无标记检测。数值仿真表明，在保持约 22 μm×8 μm 的超紧凑尺寸和低功耗条件下，传感器对折射率变化的灵敏度可达 293 nm/RIU，显著高于传统波导-环腔结构的 77 nm/RIU。该设计有望用于生化与生物医学传感诊断。
英文摘要
The authors propose a biosensor architecture based on the selective infiltration of photonic crystal (PhC) structures. The proposed sensor consists of a ring cavity coupled to an optofluidic slow-light waveguide in a PhC platform. A high potential sensitivity of 293 nm/refractive index unit is numerically demonstrated, while maintaining an ultracompact footprint.