周治平　邓清中

摘要：针对硅基光电子学在片上光电传感中的应用，分析了硅基片上光电传感的工作原理，指出该领域的主要研究方向包括：提升传感灵敏度，增加传感选择性，减小温度相关性，降低系统成本。结合本课题组的研究成果，总结了其研究现状和各研究方向在光电传感器结构设计方面获得的诸多进展。

关键词： 硅基光电子学；片上光电传感；光电子器件

Abstract： Focusing on the application of silicon photonic on-chip sensing， we point out that enhancing the sensitivity， improving the selectivity， reducing the temperature dependency， and lowering the cost are main research directions of silicon photonic on-chip sensing. The research status and progress in photoelectric sensor structure design are also summarized in this paper.

Key words： silicon photonics； on-chip sensing； photonic devices

硅基光电子学主要研究和开发以光子和电子为信息载体的硅基大规模集成技术[1]，其具有片上光通信和片上光电传感两大主要应用。文章中，我们聚焦于“传感”应用，结合本课题组在硅基片上光电传感领域的研究成果对其基本原理以及相关器件进行介绍。

传统的光电传感器按结构主要可分为3类：表面等离子体型[2]、光纤型[3]、集成光波导型[4]。表面等离子体型传感器利用金属-介质界面作为传感结构，在这一界面横磁波模式（TM）和金属表面电子的相互耦合形成一种特殊的电磁表面波模式——表面等离子体激元（SPP），其特点是金属材料易于吸附生化分子，吸附后会对SPP的传播特性产生显著影响从而实现对吸附物的传感；光纤型光电传感器以光纤（圆柱形介质波导）为传感介质，其中待传感物质作为包层材料，利用光纤传输模式中的倏逝场与包层材料的相互作用实现传感；集成光波导型光电传感器的基本原理与光纤型相同，区别在于波导结构为平面介质波导。文中我们所讨论的硅基片上光电传感器将生物、化学、物理等各种信息通过器件折射率的变化加载到光波中传播并最终转换为电信号进行处理，是集成光波导型和表面等离子体型等光电传感器的主要发展方向。……