Abstract

A technique for the development of low-cost and high-sensitivity photonic biosensing devices is proposed and experimentally demonstrated. In this technique, a photonic bandgap structure is used as transducer, but its readout is performed by simply using a broadband source, an optical filter, and a power meter, without the need of obtaining the transmission spectrum of the structure; thus, a really low-cost system and real-time results are achieved. Experimental results show that it is possible to detect very low refractive index variations, achieving a detection limit below 2×106 refractive index units using this low-cost measuring technique.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
    [CrossRef]
  3. A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
    [CrossRef]
  4. K. De Vos, I. Bartolozzi, E. Schacht, P. Bienstman, and R. Baets, Opt. Express 15, 7610 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
    [CrossRef]
  6. D.-X. Xu, M. Vachon, A. Densmore, R. Ma, A. Delâge, S. Janz, J. Lapointe, Y. Li, G. Lopinski, D. Zhang, Q. Y. Liu, P. Cheben, and J. H. Schmid, Opt. Lett. 35, 2771 (2010)
    [CrossRef] [PubMed]
  7. N. Skivesen, A. Têtu, M. Kristensen, J. Kjems, L. H. Frandsen, and P. I. Borel, Opt. Express 15, 3169 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. M. R. Lee and P. M. Fauchet, Opt. Lett. 32, 3284 (2007).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. J. García-Rupérez, V. Toccafondo, M. Bañuls, J. Castelló, A. Griol, S. Peransi-Llopis, and Á. Maquieira, Opt. Express 18, 24276 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. V. Toccafondo, J. García-Rupérez, M. J. Bañuls, A. Griol, J. G. Castelló, S. Peransi-Llopis, and A. Maquieira, Opt. Lett. 35, 3673 (2010).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. B. J. Luff, R. D. Harris, J. S. Wilkinson, R. Wilson, and D. J. Schiffrin, Opt. Lett. 21, 618 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
    [CrossRef]
  13. A. Densmore, M. Vachon, D.-X. Xu, S. Janz, R. Ma, Y.-H. Li, G. Lopinski, A. Delâge, J. Lapointe, C. C. Luebbert, Q. Y. Liu, P. Cheben, and J. H. Schmid, Opt. Lett. 34, 3598 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  14. M. L. Povinelli, S. G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, Opt. Express 13, 7145 (2005).
    [CrossRef] [PubMed]
  15. J. García, P. Sanchis, A. Martínez, and J. Martí, Opt. Express 16, 3146 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
    [CrossRef]
  17. D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press, 2008).

2010 (4)

2009 (1)

2008 (4)

J. García, P. Sanchis, A. Martínez, and J. Martí, Opt. Express 16, 3146 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
[CrossRef]

D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press, 2008).

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

2007 (3)

2006 (1)

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

1999 (1)

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

1996 (1)

Andrés, M. V.

P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
[CrossRef]

Askins, C. G.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Baehr-Jones, T.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Baets, R.

Bailey, R. C.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Bañuls, M.

Bañuls, M. J.

Bartolozzi, I.

Bienstman, P.

Blanco, F. J.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Borel, P. I.

Castelló, J.

Castelló, J. G.

Cheben, P.

Cruz, J. L.

P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
[CrossRef]

Davis, M. A.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

De Vos, K.

Delâge, A.

Densmore, A.

Domínguez, C.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Fan, X. D.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Fauchet, P. M.

Frandsen, L. H.

Friebele, E. J.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

García, J.

García-Rupérez, J.

Gauglitz, G.

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Gleeson, M. A.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Griol, A.

Gunn, L. C.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Gunn, W. G.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Harris, R. D.

Hochberg, M.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Homola, J.

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Iqbal, M.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Janz, S.

Joannopoulos, J. D.

Johnson, S. G.

Kersey, A. D.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Kjems, J.

Koo, K. P.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Kristensen, M.

Lapointe, J.

LeBlanc, M.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Lechuga, L. M.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Lee, M. R.

Li, Y.

Li, Y.-H.

Lide, D. R.

D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press, 2008).

Liu, Q. Y.

Lopinski, G.

Luebbert, C. C.

Luff, B. J.

Ma, R.

Maquieira, A.

Maquieira, Á.

Martí, J.

Martínez, A.

Mayora, K.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Moreno, M.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Patrick, H. J.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Peransi-Llopis, S.

Pérez-Millán, P.

P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
[CrossRef]

Povinelli, M. L.

Putnam, M. A.

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

Río, J. S.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Sanchis, P.

Schacht, E.

Schiffrin, D. J.

Schmid, J. H.

Sepúlveda, B.

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Shopova, S. I.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Skivesen, N.

Spaugh, B.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Sun, Y.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Suter, J. D.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Têtu, A.

Toccafondo, V.

Torres-Peiró, S.

P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
[CrossRef]

Tybor, F.

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

Vachon, M.

White, I. M.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Wilkinson, J. S.

Wilson, R.

Xu, D.-X.

Yee, S. S.

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Zhang, D.

Zhu, H.

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

Anal. Chim. Acta (1)

X. D. Fan, I. M. White, S. I. Shopova, H. Zhu, J. D. Suter, and Y. Sun, Anal. Chim. Acta 620, 8 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. (1)

M. Iqbal, M. A. Gleeson, B. Spaugh, F. Tybor, W. G. Gunn, M. Hochberg, T. Baehr-Jones, R. C. Bailey, and L. C. Gunn, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 16, 654 (2010).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, J. Lightwave Technol. 15, 1442 (1997).
[CrossRef]

J. Opt. A (1)

B. Sepúlveda, J. S. Río, M. Moreno, F. J. Blanco, K. Mayora, C. Domínguez, and L. M. Lechuga, J. Opt. A 8, S561 (2006).
[CrossRef]

Opt. Express (5)

Opt. Fiber Technol. (1)

P. Pérez-Millán, S. Torres-Peiró, J. L. Cruz, and M. V. Andrés, Opt. Fiber Technol. 14, 49 (2008).
[CrossRef]

Opt. Lett. (5)

Sens. Actuators B (1)

J. Homola, S. S. Yee, and G. Gauglitz, Sens. Actuators B 54, 3 (1999).
[CrossRef]

Other (1)

D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics (CRC Press, 2008).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1
Fig. 1

Output power evolution using the proposed sensing technique. In the initial state, the source spectrum (black solid line) is filtered by the PBG of the sensing structure (red dashed line) and only a certain amount of power is transmitted (shaded area). When a refractive index variation occurs, the PBG shifts, and the amount of input power filtered changes (decreases in this case).

Fig. 2
Fig. 2

Power variation versus wavelength shift for different initial alignments between the source and the sensor. BW, initial overlapping bandwidth.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Scanning electron microscope image of the SOI corrugated waveguide used for sensing, (b) closeup view of the transversal elements.

Fig. 4
Fig. 4

Normalized transmission spectra of the corrugated waveguide (dashed red line) and CFBG-filtered optical source (solid blue line).

Fig. 5
Fig. 5

Time evolution of the output power during the flow of NaCl dilutions with different concentrations. The inset shows the sensitivity curve.

Metrics