硅材料是微电子行业中的基本材料。在过去的十年中,因为具有和微电子器件较好的兼容性,并且可以充分利用微电子行业已经发展成熟的加工工艺来降低生产成本,硅材料又被广泛应用于光子学研究,并衍生出了硅基光子学这一新兴领域。除了前面提到的优点之外硅材料还具有从1.1微米到8微米波长的宽带低损耗窗口,可以覆盖从近红外到中红外的区域,并且具有较大的折射率,可缩小器件尺寸,提高器件集成度。这些优点使得硅基材料成为一种设计和制备高密度的集成光子器件的理想平台。当前硅基光子学的主要研究领域在近红外的通信波段,而对于中红外波段的研究却较少。中红外波段的一个特别之处在于几乎所有的分子的主吸收峰都在这一波长范围,因而如何充分发挥硅基光子学的优势在这一号称分子指纹区域的中红外波段设计和制作具有高灵敏度的集成器件是一个非常有趣的研究课题。光子晶体结构在过去的十几年中被深入地研究,它的慢光效应也为人们所熟知。这一特性可以有效地降低光在波导中的传播速度,增加光和物质之间的作用时间,因而可以大大地提高单位长度下的器件的灵敏度。换句话说,对应于特定的灵敏度,我们可以通过光子晶体结构的器件来有效地缩短器件的尺寸,从而提高器件的集成度。在这次报告中,我们将提供在中红外波段3.4微米处,基于硅基材料的多种光子器件的设计和实验论证,并且将这些器件应用于对不同浓度的化学物质吸收特性的探测中。利用光子晶体的慢光效应结合一些特殊的波导设计,我们不但将传输光的速度降低,并且把更大部分的光场推到波导周边的空气中来,从而提高了光场和待测物质之间的相互反应,实验的结果有效地论证了我们的设计思路。磷酸三乙酯,一种在3.4微米具有强吸收的化学物质被作为实验中的测试物质。10ppm(十万分之一)的浓度的气态磷酸三乙酯在800微米长的带小孔的光子晶体传感器中被有效地测出。