INTEGRATED PHOTONIC GAS AND LIQUID SENSORS
Notice bibliographique
Résumé
Chemical and biological detection is critical in various fields, yet conventional methods often suffer from limitations such as low sensitivity, restricted dynamic range, complex preparation, and bulky equipment. These shortcomings necessitate the development of an affordable, compact, simple, real-time, and accurate detection approach. Refractive index (RI) sensors are particularly well-suited for integrated on-chip optical sensing due to their high sensitivity to small-volume samples. Even minor changes in the refractive index over short distances can induce significant phase shifts in the propagating wave, enabling exceptionally high sensitivities. By leveraging CMOS-compatible technologies, RI sensors offer low-cost and large-scale fabrication capabilities while enabling the monolithic integration of electrical circuitry with optical sensors, resulting in compact, distributed, real-time, and remote sensing systems. This thesis addresses four critical aspects of RI sensing: 1. Identifying the optimal platform and device for RI sensing. 2. Enhancing sensor selectivity to accurately identify medium compositions. 3. Improving sensor robustness against process and temperature variations. 4. Determining the optimal operating wavelength for surface sensing. The work begins with a comprehensive comparison of various on-chip RI platforms and optical devices, including a detailed analysis of their performance parameters. Based on this study, a compact and highly sensitive interferometric gas sensor using a slot-based loop-terminated Mach-Zehnder Interferometer (LT-MZI) design is proposed. Subsequently, a micro-ring resonator design is introduced to address the issue of RI sensor selectivity. This design enables the simultaneous detection of both the real and imaginary parts of the medium's refractive index at multiple wavelengths, facilitating the determination of concentration composition in multi-element mediums. Artificial intelligence algorithms are employed to enhance detection accuracy, extend dynamic range, and mitigate noise in the measured spectrum. To address robustness challenges, a system of four LT-MZIs utilizing wavelength splitting is developed. This system demonstrates significant improvements over conventional MZI-based designs in mitigating process and temperature-induced variations. Finally, an extensive surface sensitivity analysis of silicon nitride waveguides is conducted over a broad wavelength range, from visible to mid-infrared. This study identifies the optimal wavelength for surface sensing and supports the development of a RI-based virus sensor and edge coupler designs for efficient light coupling from fibers.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,063 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».