專利名稱：一種光波導諧振腔型傳感設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感設備，具體的涉及一種光波導諧振腔型傳感設備。
背景技術：
在面對新的疾病和疾病變異的同時，傳統重大疾病仍在給我國的醫療衛生部門帶 來重大壓力。要保障人民群眾健康，做好預防和治療的工作，迫切需要在分子水平上潛在的 對人類健康產生影響的生物物質進行快速、準確的檢測。基于光波導倏逝波傳感的原理傳 感器，利用全反射傳播產生的倏逝波來感知外界的折射率變化。當待測樣品通過傳感區域 時，傳感區折射率會發生變化，導致芯層有效折射率發射變化，利用干涉、諧振等原理可將 有效折射率變化轉換到輸出光譜曲線變化上，通過光譜分析測量出輸出光譜變化，即可推 算待測物的濃度。環形諧振腔結構在環形光波導內建立諧振模式，顯著提升環形波導外的倏逝場強 度，從而增強對外界折射率變化的感知能力。其等效探測長度Lrff ^ LQ,這里L為傳感區長 度，Q為諧振腔品質因子，因此高Q值的光波導諧振腔可顯著增加光與物質的等效作用長度 和作用時間，提升傳感靈敏度。基于光波導環形諧振腔的傳感器無需標記，結構簡單，集成 度高，可實現功能多，與微流控技術完全兼容。但要探測周圍折射率變化，需要在外圍檢測 設備中采用專門的光譜分析裝置，從而導致檢測設備體積大，結構復雜，價格昂貴，波段針 對性不高。
實用新型內容為了克服現有技術中的不足，本實用新型的目的在于提供了一種光波導諧振腔型 傳感設備，該傳感設備無需專門的光譜分析裝置或是窄線寬的可調光源，價格低廉，可對生 物物質實現準確的測量。為了解決上述技術問題，實現上述目的，本實用新型通過如下技術方案實現一種光波導諧振腔型傳感設備，由傳感芯片和外圍檢測設備構成，所述傳感芯片 的襯底基片上制作有一輸入光波導、一個或多個光波導環形諧振腔、一個或多個耦合區、一 個或多個傳感區、一個輸出光波導和一作為光譜展開區的平面波導光柵，所述輸入光波導 與光波導環形諧振腔通過耦合區相連接，所述輸出光波導與光波導環形諧振腔通過耦合區 相連接，所述平面波導光柵與所述光波導環形諧振腔通過輸出光波導相連接，所述光波導 環形諧振腔表面全部或部分暴露在傳感區里，傳感區一端連接有進樣口、另一端連接有出 樣口。優選的，所述輸入光波導與所述光波導環形諧振腔之間的耦合區，與輸出光波導 與所述光波導環形諧振腔之間的耦合區為同一個耦合區，即所述光波導環形諧振腔、所述 耦合區和所述傳感區都為同一個。優選的，所述光波導環形諧振腔包括第一光波導環形諧振腔和第二光波導環形諧 振腔，所述耦合區包括第一耦合區和第二耦合區，所述傳感區包括第一傳感區和第二傳感區，所述進樣口包括第一進樣口和第二進樣口，所述出樣口包括第一出樣口和第二出樣口， 所述第一進樣口和第一出樣口分別連接所述第一傳感區，所述第二進樣口和第二出樣口分 別連接所述第二傳感區；所述第一光波導環形諧振腔與所述第一耦合區相連接，所述第二 光波導環形諧振腔與所述第二耦合區相互連接，所述輸入光波導與所述第一光波導環形諧 振腔通過第一耦合區相連接，所述輸出光波導與所述第二光波導環形諧振腔通過第二耦合 區相連接，所述第一耦合區和第二耦合區通過一傳輸光波導連接。進一步的，所述外圍檢測設備包括依次設置在所述傳感芯片輸入端的寬帶光源模 塊、輸入光耦合模塊和依次設置在所述傳感芯片輸出端的輸出光耦合模塊、光電探測組件 和數據處理電路。進一步的，所述光電探測組件由一光電探測器和一可帶動所述光電探測器在像面 內移動的步進電機，所述光電探測器和所述步進電機之間通過一傳動裝置連接。進一步的，所述光電探測器之前光信號進入的位置上有一用于調節光斑透過尺寸 的光闌。優選的，所述光電探測組件為一線陣紅外光電探測器。本實用新型的設備通過對輸出的諧振光譜分析以獲得折射率變化，并推算出相應 的變化待測物含量。下面具體說明本實用新型的檢測原理。光經由輸入光波導進入耦合區，一部分光功率將耦合進環形或碟形諧振腔，如果 光在諧振腔內繞行一周后相位相同，會疊加增強，形成諧振。其諧振波長由式(1)給出。Aes = 7^jl…
m(1)其中，m是正整數，neff是有效折射率，Lu是環形諧振腔的周長。發生諧振的光波長將在諧振腔內聚集大量能量，使得光在諧振腔內繞行時的損耗 增大，如果使耦合區的耦合比例滿足一定的關系，甚至可以使輸出光波導的光功率為零。這 意味著此結構的諧振腔可以在諧振頻率處引入一個強吸收點。在溶液中通入待測物質后，會通過管道引入傳感區中的光波導表面，導致周圍的 折射率發生改變，若周圍折射率的改變量為△%，那么由于倏逝場的作用，諧振腔光波導的 有效折射率將會發生改變。有效折射率與周圍折射率變化的關系如下
權利要求1.一種光波導諧振腔型傳感設備，由傳感芯片(1)和外圍檢測設備⑵構成，其特征在 于所述傳感芯片(1)的襯底基片上制作有一輸入光波導(11)、一個或多個光波導環形諧 振腔、一個或多個耦合區、一個或多個傳感區、一個輸出光波導(1 和一作為光譜展開區 的平面波導光柵(18)，所述輸入光波導(11)與光波導環形諧振腔通過耦合區相連接，所述 輸出光波導(1 與光波導環形諧振腔通過耦合區相連接，所述平面波導光柵(18)與所述 光波導環形諧振腔通過輸出光波導(1 相連接，所述光波導環形諧振腔表面全部或部分 暴露在傳感區里，傳感區一端連接有進樣口、另一端連接有出樣口。
2.根據權利要求1所述的光波導諧振腔型傳感設備，其特征在于所述輸入光波導 (11)與所述光波導環形諧振腔之間的耦合區，與輸出光波導(1 與所述光波導環形諧振 腔之間的耦合區為同一個耦合區，即所述光波導環形諧振腔、所述耦合區和所述傳感區都 為同一個。
3.根據權利要求1所述的光波導諧振腔型傳感設備，其特征在于所述光波導環形諧 振腔包括第一光波導環形諧振腔(141)和第二光波導環形諧振腔(142)，所述耦合區包括 第一耦合區(121)和第二耦合區(122)，所述傳感區包括第一傳感區(151)和第二傳感區 (152)，所述進樣口包括第一進樣口(161)和第二進樣口(162)，所述出樣口包括第一出樣 口(171)和第二出樣口(172)，所述第一進樣口(161)和第一出樣口(171)分別連接所述 第一傳感區(151)，所述第二進樣口(16 和第二出樣口(17 分別連接所述第二傳感區 (152)；所述第一光波導環形諧振腔(141)與所述第一耦合區(121)相連接，所述第二光波 導環形諧振腔(14 與所述第二耦合區(12 相互連接，所述輸入光波導(11)與所述第一 光波導環形諧振腔(141)通過第一耦合區(121)相連接，所述輸出光波導(1 與所述第二 光波導環形諧振腔(14 通過第二耦合區(12 相連接，所述第一耦合區(121)和第二耦 合區(12 通過一傳輸光波導(19)連接。
4.根據權利要求1或2或3所述的光波導諧振腔型傳感設備，其特征在于所述外圍 檢測設備(2)包括依次設置在所述傳感芯片(1)輸入端的寬帶光源模塊(21)、輸入光耦合 模塊和依次設置在所述傳感芯片(1)輸出端的輸出光耦合模塊(M)、光電探測組件 (25)和數據處理電路(26) 0
5.根據權利要求4所述的光波導諧振腔型傳感設備，其特征在于所述光電探測組件 (25)由一光電探測器(25 和一可帶動所述光電探測器(25 在像面內移動的步進電機 0討)，所述光電探測器052)和所述步進電機054)之間通過一傳動裝置053)連接。
6.根據權利要求5所述的光波導諧振腔型傳感設備，其特征在于所述光電探測器 (252)之前光信號進入的位置上有一用于調節光斑透過尺寸的光闌051)。
7.根據權利要求4所述的光波導諧振腔型傳感設備，其特征在于所述光電探測器組 件05)為一線陣紅外光電探測器。
專利摘要本實用新型公開了一種光波導諧振腔型傳感設備，由傳感芯片和外圍檢測設備構成，所述傳感芯片的襯底基片上制作有一輸入光波導、一個或多個光波導環形諧振腔、一個或多個耦合區、一個或多個傳感區、一個輸出光波導和一作為光譜展開區的平面波導光柵，所述輸入光波導與光波導環形諧振腔通過耦合區相連接，所述輸出光波導與光波導環形諧振腔通過耦合區相連接，所述平面波導光柵與所述光波導環形諧振腔通過輸出光波導相連接，所述光波導環形諧振腔表面全部或部分暴露在傳感區里，傳感區一端連接有進樣口、另一端連接有出樣口。本實用新型無需熒光標記，靈敏度高，結構緊湊，外圍檢測設備無需光譜分析裝置，成本低。
文檔編號G02B6/34GK201897570SQ201020650750
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者施燕博, 武曉東, 王帆, 田玉冰, 董寧寧 申請人:蘇州生物醫學工程技術研究所