Document Type : Original Article

Authors

• Vahideh Faghihi
• Reza Goodarzi

Photonics and Quantum Technologies Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, 141551339, Iran.

Abstract

This study presents a theoretical investigation into the modal characteristics and light confinement properties of silicon-based ridge waveguides for trace gas detection. Precise measurement of specific gas components is crucial in industrial and environmental applications, as even minor inaccuracies can lead to operational challenges and potential system failures. The designed waveguide operates at 1392 nm, utilizing evanescent field absorption to enable interaction between the guided optical mode and the surrounding medium. By optimizing the waveguide dimensions, an evanescent field ratio exceeding 30% is achieved, ensuring effective interaction between the guided light and the surrounding medium. The system exhibits a sensitivity of 0.026 mW per unit concentration, with a detection limit of 26 ppm for a 1% variation in analyte composition. This waveguide-based sensing approach offers a highly sensitive and reliable method for real-time gas monitoring in industrial and research applications.

Keywords

• Silicon-based ridge waveguide
• near-infrared
• evanescent field ratio
• trace gas detection

Main Subjects

• optics and laser

Article Title [Persian]

موجبر برآمده مبتنی بر سیلیکون برای شناسایی گاز نادر

Authors [Persian]

• وحیده فقیهی
• رضا گودرزی

پژوهشکده فوتونیک و فناوری های کوانتومی، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی، تهران، ایران.

Abstract [Persian]

این مطالعه یک بررسی نظری از ویژگی‌های مد و قابلیت‌های محدودسازی نور در موج‌برهای برآمده مبتنی بر سیلیکون برای شناسایی گازهای نادر ارائه می‌دهد. اندازه‌گیری دقیق ترکیبات گازی خاص در کاربردهای صنعتی و محیطی بسیار حائز اهمیت است، زیرا حتی کوچک‌ترین خطاها می‌توانند منجر به چالش‌های عملیاتی و احتمالاً خرابی سیستم شوند. این موج‌بر برای طول‌موج ۱۳۹۲ نانومتر طراحی‌شده که برهم‌کنش بین مد نوری هدایت‌شده و محیط اطراف را از طریق جذب میدان گذار فراهم می‌کند. با بهینه‌سازی ابعاد موج‌بر، نسبت میدان گذار بیش از ۳۰٪ به دست آمده است که این امر تعامل مؤثر بین نور هدایت‌شده و محیط اطراف را تضمین می‌کند. این سیستم حساسیتی معادل mw 026/0 بر واحد غلظت دارد که با آستانه تشخیص ppm ۲۶ برای تغییر ۱٪ غلظت نمونه مورد نظر در ترکیب گازی، عملکرد مطلوبی دارد. این روش حسگری مبتنی بر موج‌بر یک روش دقیق و قابل‌اطمینان برای آشکارسازی گازها در کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی ارائه می‌دهد.

Keywords [Persian]

• موجبر برآمده مبتنی بر سیلیکون
• مادون قرمز نزدیک
• نسبت میدان گذار
• آشکارسازی گاز نادر