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基于粒子群优化的生物传感器灵敏度特性分析
  • ISSN号:0258-7025
  • 期刊名称:中国激光
  • 时间:2014.6.10
  • 页码:0614002-1-0614002-6
  • 分类:O436[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]燕山大学电气工程学院自动化仪表系,河北秦皇岛066004, [2]燕山大学测试计量技术及仪器河北省重点实验室,河北秦皇岛066004, [3]燕山大学河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004
  • 相关基金:国家973计划(2010CB327801)、国家自然科学基金(61201112,61172044)、河北省自然科学基金(F2013203250,F2012203169)、中国博士后科学基金(2012M510765)
  • 相关项目:基于缺陷态光子晶体表面波谐振和光谱重构原理的高通量生物分子信息检测研究
中文摘要:

为了提高空气孔结构光子晶体生物传感器的归一化透射率,利用粒子群优化(PSO)算法对其结构参数进行多维空间全局优化。以散射空气孔、耦合空气孔和内部空气孔的半径作为被优化变量,并根据位置—速度更新公式进行优化;进而分别将光子晶体全芯片、耦合空气孔和内部空气孔作为传感区域,对优化后的结构进行传感特性分析。结果表明,优化后,该传感器的归一化透射率由54%提高到92%;在传感特性分析中,其谐振波长的漂移量与生物样本折射率的变化成近似线性的关系,且将内部空气孔作为传感区域时的灵敏度要明显高于将全芯片和耦合空气孔作为传感区域的灵敏度,可达950nm/RIU。该结构的优化方法对其他功能器件或集成光波导器件的设计和研究具有一定的指导意义。

英文摘要:

To improve the normalized transmission of photonic crystal biosensors based on the air-pore structure, the particle swarm optimization algorithm has been adopted to optimize the structure parameters globally in the multi- dimensional space. The optimization process has been performed according to the position-velocity updating equation, in which the coupling structure combining the ring cavity with the line waveguide is regarded as the optimized object, and the scattering air pores, the coupling air pores and the inner air pores are regarded as the optimized variables. Then the sensing property has been analyzed using the optimized structure, in which the coupling area and the inner area have been adopted as the sensing region respectively. The simulation results show that the normalized transmission can be increased from 54 % to 92 % after optimization and the relationship between shift of the resonant wavelength and the change of the refractive index for the biological sample is linear. And the sensitivity of the inner air pores as the sensing region is higher than those of the general chip and the coupling air pores with the sensitivity more than 950 nm/RIU. The structure optimization method can provide effective guidance for other functional devices and integrated optical waveguide devices.

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期刊信息
  • 《中国激光》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国光学学会 中国科学院上海光学精密机械研究所
  • 主编:周炳琨
  • 地址:上海市嘉定区清河路390号
  • 邮编:201800
  • 邮箱:cjl@siom.ac.cn
  • 电话:021-69917051
  • 国际标准刊号:ISSN:0258-7025
  • 国内统一刊号:ISSN:31-1339/TN
  • 邮发代号:4-201
  • 获奖情况:
  • 中国自然科学核心期刊,物理学类核心期刊,无线电子学·电信技术类核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:26849