56] 圖8A示出用于降低傳感器的溫度相關性的、根據本發明又一個實施方式的傳感 器的示意性剖視圖；
[0057] 圖8B示出了對圖1B、圖4和圖8中的傳感器在帶狀波導寬度的不同值下共振波長 的溫度相關性；
[0058] 圖9示出根據本發明的實施方式的傳感器，其被配置為可以進行波長多路復用測 量；
[0059] 圖10示出根據本發明的實施方式的用于對分析物進行分析的折射率傳感器裝 置；以及
[0060] 圖11示出大致說明根據本發明的實施方式制造用于對分析物進行分析的折射率 傳感器的流程圖。
【具體實施方式】
[0061] 本發明的實施方式尋求提供一種對分析物進行分析的高靈敏度折射率（RI)傳感 器和制造該折射率傳感器的方法。下面將詳細描述根據本發明的示例性實施方式的RI傳 感器。
[0062] 圖1A描述根據本發明示例性實施方式的RI傳感器100的示意性立體圖，圖1B 描述其示意性剖視圖。如圖所示，用于對分析物進行分析（諸如在生化分析中）的傳感器 100包括帶狀波導104,該帶狀波導104用于接收在其中的輸入光信號并將該光信號（在傳 播通過帶狀波導104時受到操縱）傳送至用于對分析物108進行分析的檢測器。例如，如 圖10所示，輸入光信號可以為來自寬帶光源1004的寬帶光，并且檢測器可以為光譜分析儀 (0SA) 1008。在帶狀波導104的一端（例如，輸入端）105從光源1004接收輸入光信號，并 在帶狀波導104的另一端（例如，輸出端）106輸出。傳感器100還包括槽狀波導112,該槽 狀波導112用于感測放置在其上的分析物108并用于從帶狀波導104接收傳感測信號，該 感測信號與上述光信號的操縱相對應。使用這種配置，槽狀波導112的功能為感測波導，而 帶狀波導104的功能為用于光信號的信號波導。
[0063] 在實踐中，分析物108可以設置在大致由圖1A中虛線區域表示的感測區域113 中，且優選地設置在與帶狀波導104的光柵部分116 (下文描述）相對的槽狀波導112的部 分115上。在圖1A和圖1B中的示例性實施方式中，在圖1B中示出了分析物108在感測區 域113中被設置在帶狀波導104和槽狀波導112上或覆蓋帶狀波導104和槽狀波導112。 但是，因為槽狀波導112的功能為感測波導，所以不需要也不必須將分析物設置在帶狀波 導104上。
[0064] 傳感器100優選地還包括基底114,帶狀波導104與槽狀波導112并排置于基板 114上。更具體地，帶狀波導104和槽狀波導112隔開距離s (參見圖1B)，且彼此大體上平 行。
[0065] 在示例性實施方式中，光柵116形成在帶狀波導104的表面118上，以便能夠將感 測信號從帶狀波導104耦合至槽狀波導112。圖2示意性地說明這種感測信號的耦合。上 述感測信號為光信號的形式，且光柵116具有被配置為在特定共振波長A。處將光信號從 帶狀波導104耦合至槽狀波導112的光柵周期A。而且，傳感器100被配置為具有增強的 靈敏度，該增強的靈敏度基于帶狀波導112和槽狀波導104之間的靈敏度差A S，和/或帶 狀波導112和槽狀波導104之間的群折射率差ANg。這將在下文進一步詳細描述。
[0066] 槽狀波導112包括由低折射率區域（即，槽或縫）124分開的、具有高折射率的兩 個平行帶（或軌道）122。如圖1B所示，帶狀波導104具有寬度W，槽狀波導112具有寬度 Ws，并且縫124具有寬度g。帶狀波導104和槽狀波導112可以具有相同的高度h和肋高t。 出于清楚和說明的目的，下文的示例性實施方式中描述為，帶狀波導104和槽狀波導112由 氮化硅制成（Si 3N4)，基底114由Si02制成。本領域技術人員應當理解，波導104、112和基 底114并不限于上述材料，其它合適的/適當的材料也在本發明的范圍之內。例如，帶狀波 導104和槽狀波導112可替代為由硅（Si)或高折射率的聚合物制成。本領域技術人員應 理解，如果使用不同的材料，則傳感器1〇〇的上述設計參數（例如，g、W、W s、s等）可能也必 須相應地調整。在圖1B中，Si3N4、Si0 2、以及外部介質（分析物）108的折射率分別表示為 nSi3N4、nSi02以及n ex °
[0067] 如圖1A所示，光柵116形成在帶狀波導104的上表面118上。如果沒有光柵116 則不會在帶狀波導104和槽狀波導116之間產生光耦合，這是因為它們相位不同步（即，它 們具有不同的傳播常數）。在示例性實施方式中，相位同步通過形成在帶狀波導104的上表 面118上的光柵116實現。在這方面，通過預定的光柵周期A，在滿足以下相位匹配條件的 特定波長（共振波長A J下獲得從帶狀波導104至槽狀波導112的光功率傳輸：
[0068]
(1)
[0069] 其中，分別為帶狀波導104和槽狀波導112的模式折射率。因此， 根據等式（1)，光柵耦合器116是波長選擇性的。如圖2所示，當寬帶光204進入帶狀波導 104時，在共振波長A。的光被耦合至槽狀波導112。這在進入的帶狀波導104中產生帶阻光 譜208 (中心波長為A。)，而在相鄰的槽狀波導112中產生帶通光譜212 (中心波長為入。）。 圖2示出了作為具有預定光柵周期A的光柵耦合器116的結果的、在兩個波導104、112的 輸出處的透射光譜208、202。這說明了當輸入光信號204傳播通過帶狀波導104時輸入光 信號204的操縱，以及與輸入光信號204的操縱對應的耦合至槽狀波導112的感測信號。 [0070] 如圖1A和1B所示，槽狀波導112用作感測波導，而帶狀波導104用作用于光學信 號引導和檢測的信號波導。當分析物108的折射率（nj變化時，槽狀波導112和帶狀波導 104的模式折射率相應改變。因此，這導致帶狀波導104的模式折射率（)和槽狀波 導112的模式折射率（)的差A ^的忒變，進而又導致從帶狀波導104耦合至槽狀 波導112的光的共振波長A。的移位。從帶狀波導104輸出的光信號206的共振波長入。 將因此相應移位，并可以被檢測器1008檢測到。因此，可以基于在共振波長A。中的這個 移位分析分析物108。從而，該傳感器100的靈敏度S可以被定義為響應分析物108的共振 波長A。中的上述移位的程度。
[0071] 利用如示例性實施方式所述的傳感器100的配置，傳感器100的RI靈敏度S可以 定義為：
[0076] 根據等式（2)至（4)，可知示例性實施方式中描述的傳感器100的靈敏度S與帶狀 波導104和槽狀波導112之間的靈敏度差A S成正比。根據該結構，由于在槽狀波導112 的槽狀區域124中的高強度電場分布，槽狀波導112的靈敏度Sslcit比帶狀波導104的S S&1P 大得多，因此產生更大的靈敏度差AS。此外，根據等式（2)可知，傳感器100的靈敏度S還 與帶狀波導104和槽狀波導112之間的群折射率差A Ng成反比。根據示例性實施方式的群 折射率差八義被設置為具有較小的值。因此，傳感器100可以基于上述因子（即，靈敏度差 AS和/或群折射率差AN g)被配置為具有大幅增強的靈敏度。相比之下，基于傳統的信號 槽狀或帶狀波導的傳感器的靈敏度典型地只與群折射率N g( 即，不是群折射率差）成反比， 該群折射率通常具有較大的值（例如，大約2至4)。因此，這種傳統的傳感器具有小得多的 靈敏度。
[0077] 只用于說明目的而并非限定，根據示例性實施方式的、具有以下示例性參數的傳 感器100現在將被檢驗，包括對傳感器100的靈敏度S的示例性計算。具體地，示例性參數 為 nsi3N4= 2. 0、n ex= 1. 333、n Si02= 1. 444、h = 400nm、g = 200nm、s = lym、W = ltim、Ws =450nm并且t = Onm。在這個實施例中，只考慮TE偏振。
[0078] 圖3A和3B分別示出了對于具有上述示例性參數的傳感器100的帶狀波導104和 槽狀波導112的場分布。根據圖3B可知，在槽狀波導112納米級（200nm)低折射率槽狀區 124內的光強非常強。圖3C和3D圖示的曲線圖示出了兩個波導104、112的模式折射率N eff 和兩個波導1〇4、112之間的模式折射率差ANrff作為波長A的函數（即，圖3C)和外部折 射率的函數（g卩，圖3D)的相關性。因此，可以根據圖3C和3D所示的曲線圖計算每個 波導管104、112的群折射率iVj#、和靈敏度。下面的表1中示出了包括 傳感器100的靈敏度S在內的、所計算出的傳感器100的特性/性質。
[0079]
[0080] 表1 :圖1A所示的示例性傳感器的性質（具有上述示例性參數）
[0081] 如表1所示，在本實施例中傳感器100的靈敏度S能夠有利地達到-1461nm/RIU。 應當理解，負號表示當外部折射率（nj增加時，共振波長A。減小。值得注意的是，該靈敏 度S值比傳統帶狀波導環形諧振器傳感器的約大20倍，比傳統槽狀波導環形諧振器傳感器 的約大7倍。
[0082] 因此，在該示例性實施方式中所述的傳感器100的配置（即，基于槽狀波導和帶狀 波導之間的靈敏度差A S，和/或槽狀波導112和帶狀波導104之間的群折射率差A Ng)已 被證明有利地形成高靈敏度折射率傳感器100。
[0083] 根據本發明的其他實施方式，傳感器100的靈敏度（S)可以通過配置/調整槽狀 波導112和帶狀波導104之間