组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
未指定具体生物分子；检测对象为界面折射率变化（refractive index change, Δn）；样品基质：水/待测介质（water/analyte medium）
检测原理
待测介质接触Au/水界面后，引起SPR镜界面折射率变化Δn。InP三角谐振器由两个深刻TIR镜和一个SPR镜构成，光在腔内循环。当光以24.125°入射到Au膜时，激发表面等离子体共振，SPR镜相位θSPR随界面折射率发生陡峭变化。该相移与TIR镜相位θTIR及腔内相位θring叠加，改变谐振条件，使共振波长峰移动。由于SPR相移在谐振腔内多次累积，微小Δn被放大为最大0.5 FSR的峰移，最终通过反射率或波长峰移读出。该设计以谐振腔相移累积和SPR相移增强作为信号放大策略，实现930 nm/RIU的折射率灵敏度。
检测灵敏度
灵敏度: 930 nm/RIU；最大峰移: 0.5 FSR；SPR角: 24.125°；Au厚度: 33.4 nm；Δn: 1×10^-3
效应效果
该文为理论设计与FDTD仿真研究，未报告实际生物样品检测、选择性、抗干扰、稳定性、重现性或加标回收率。仿真给出Q因子1860（Au厚度35 nm），TIR镜损耗0.86 dB/facet，SPR镜损耗3.03 dB/facet，MMI耦合约3 dB功率进入谐振器，SPR镜传感面积为3.3×0.35 µm²。与无Au膜三角谐振器相比，Δn=1×10^-3时共振峰移由0.02 nm增至9.30 nm。作者主张该结构灵敏度超过此前微谐振器型生物传感器最大值，并可与SOA等光学元件集成，适合微型化、片上全光子生物传感器应用。
传感器的构成
- 基底/换能器：InP三角谐振器与深刻TIR镜，构成低损耗谐振腔
- 耦合层：多模干涉（MMI）耦合器，长度100 µm，将光耦合进谐振器
- 光源/放大层：半导体光放大器（SOA），提供1540–1580 nm宽带光
- 传感镜：TIR镜作为SPR镜，入射角24.125°，响应界面折射率变化
- 纳米材料修饰层：金（Au）薄膜，优化厚度33.4 nm，激发SPR并增强相移
- 样品界面：水/待测介质界面，折射率约1.311，作为折射率传感界面
- 识别元件：未报道特异性生物识别层，以界面折射率变化响应
- 读出层：共振波长/反射率读出，检测峰移
中文摘要
本文提出一种基于磷化铟（InP）三角谐振器的超灵敏集成光子生物传感器结构，将表面等离子共振（SPR）金膜应用于全内反射（TIR）镜上。通过理论分析与有限差分时域（FDTD）仿真，对三角谐振器传感结构进行优化，其SPR镜传感面积仅为3.3×0.35 µm²。由于SPR镜在共振角附近产生显著相移，该相移在谐振腔内累积，使共振峰发生大幅移动。在SPR角24.125°、金膜厚度33.4 nm、界面折射率变化Δn=1×10^-3条件下，获得930 nm/RIU的波长灵敏度和最大0.5倍自由光谱范围（FSR）的峰移，超过此前微谐振器型生物传感器报道的最大值。该结构可与半导体光放大器（SOA）等光源集成，适合制备微型化、片上集成生物传感器。
英文摘要
We propose an ultra-sensitive integrated photonic sensor structure using an InP-based triangular resonator, in which a surface plasmon resonance (SPR) gold film is applied on a total internal reflection mirror. We have analyzed and optimized the triangular resonator sensor structure with an extremely small SPR mirror sensing area of 3.3 × 0.35 μm2. Due to the large phase shift in the SPR mirror, a significantly enhanced sensitivity of 930 nm/RIU (refractive index unit) and the maximum peak shift of half free spectral range have been obtained at the SPR angle of 24.125° with Au thickness of 33.4 nm for the change of the refractive index Δn = 1x10(-3). This value is larger than the previous largest value in micro resonator-type biosensors. Moreover, the proposed triangular resonator sensor can be easily made in a micro structure with optical source integration.