光子晶体具有小尺寸、良好的光子局域、便于集成等特性,在光学芯片的实验研究中具有很大的应用前景。采用光子晶体微腔设计的传感器在品质因数、灵敏度、探测极限等方面都具有优良性能。同时光子晶体微腔复用设计的传感器阵列为光学大规模集成器件研究提供了可能。基于空气孔半径区域渐变的光子晶体结构便于传感阵列的实现。因此,本文对结构渐变型光子晶体微腔复用的传感器阵列进行了性能分析和应用研究,其主要的分析和研究成果分为以下几个方面：首先,基于沿波导方向空气孔半径渐变的光子晶体结构,采用W1波导两侧的六个L3边腔交错复用,构成一个可同时探测不同分析物,可重构的光子晶体生化传感器阵列。每个L3微腔位于不同的空气孔半径区域内,通过优化微腔之间的间隔距离,压缩了整体阵列结构的尺寸。接下来,对构成的生化传感阵列进行性能测试,在某个微腔内注入不同的探测物,其对应的谐振峰会发生相应的偏移,而其余谐振峰保持不变,整个传感器阵列可以达到150nm/RIU的传感灵敏度。其次,基于结构渐变型光子晶体,采用微腔对称复用方式设计传感器阵列。在结构渐变的光子晶体W1波导两侧,对称复用L3微腔和H1微腔,形成具有四个谐振微腔的传感阵列。微腔的对称复用设计极大的压缩了阵列结构的尺寸。通过对微腔周边空气孔的优化设计,在输出端得到具有四个明显间隔的谐振峰。每个微腔的品质因数可以达到2000,由于微腔空气孔折射率的改变,四个谐振峰会独立的、无串扰的发生偏移。根据大量仿真结果得到,随着填充空气孔数目从4到21递增,传感器阵列的灵敏度相应的从66.67nm/RIU到136.67nm/RIU发生变化,探测极限为6.5×10-3。最后,基于微腔交错复用,改变空气孔半径渐变的方向,即与波导垂直方向进行结构渐变,通过在W1波导两侧交错复用微腔,设计传感器阵列结构。优化微腔周围空气孔的位置,提高了微腔的品质因数,使可集成微腔数目大大增加。整个传感器阵列的品质因数可以达到17000,而且每个微腔都可以单独、无串扰的进行生化传感,可实现不同分析物的同时检测,也可实现同一分析物的冗余差错检测。这种具有高品质因数的微腔复用在未来光学单片集成中具有广泛应用前景。以上这些研究成果为光子晶体传感器阵列设计提供了新的方向和思路,在大规模光子晶体传感器研究中具有重要的参考意义和应用价值。