[發明專利]自激倏逝光學納米傳感器

無效

• 申請號: 200680015908.3
• 申請日: 2006-05-10
• 公開（公告）號: CN101171504A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: R·G·博索萊爾;P·J·屈克斯;R·S·威廉斯
• 申請（專利權）人: 惠普開發有限公司
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;陳景峻

背景技術

對許多工業的、公共的和私人環境中的例如污染物質、毒素、毒物和生物制劑的污染物進行檢測極其重要。因此，開發了多種環境傳感器。這些環境傳感器通常足夠大以手持或安裝在受到監控的區域中。不幸的是，大小和對分離的機械和電氣元件的需求導致這些環境傳感器比集成電路的成本更高。使用納米技術制造的傳感器很有可能會減少傳感成本并可以有新的傳感性能，例如用于很難接近或其空間不足以容納常規的傳感器的環境。

例如光纖倏逝熒光傳感器就是一種已知的用于生物醫學應用的傳感器。這些傳感器通常會傳感或測量目標分子的濃度，已知該目標分子會吸收具有第一波長λ的光，隨后通過發射具有第二波長λ’的光而發熒光。這種傳感器一般包含光纖，將光纖插入到含有目標分子的液體中，同時引導具有波長λ的光通過光纖。光纖周圍倏逝場中的目標分子會吸收來自光纖的波長為λ的光，隨后會發熒光將波長為λ’的光發射回光纖。耦合到光纖的檢測器會測量具有頻率λ’的光的強度，該測量表明光纖的倏逝場中的目標分子的存在和數目。

當前的倏逝熒光傳感器有很多的缺點。尤其是，這種傳感器相當的大并限于傳感具有適當的熒光性質的目標分子。另外，倏逝熒光傳感器一般限于傳感液體中的目標分子，因為室溫氣體的污染物呆在倏逝場內(即大約λ/4的光纖的距離內)的時間很短，因此，通常在發熒光之前就離開了光纖。

考慮到當前的環境傳感器的限制，需要用于檢測氣體或液體中的多種污染物種類的便宜的傳感器和傳感方法。

發明內容

根據本發明的實施例，一種傳感器，包括：波導；耦合到波導的照明系統；鄰近波導的捕集器(trap)；光電傳感器；和通信接口。捕集器能夠捕獲和保留目標污染物于波導的倏逝場中，并且光電傳感器被設置用于檢測來自捕集器的光。通信接口可以連接到光電傳感器。

本發明的另一實施例提供一種用于檢測目標污染物的方法。該方法包括：在鄰近波導的捕集器中捕獲目標污染物顆粒。當沿波導向下引導光時，已經捕獲顆粒的捕集器保留顆粒于由波導中的光所產生的倏逝場中?？梢詼y量目標污染物從波導散射的光。

附圖說明

圖1是根據本發明的實施例的包括波導、照明系統、捕集器、光電傳感器和通信接口的納米傳感器的示意圖；

圖2說明輸出信號隨圖1的傳感器中的捕集器捕獲目標污染物顆粒的改變；

圖3是根據本發明的實施例的使用多個納米傳感器和中心站的測量系統的框圖。

不同圖中使用相同的附圖標記表示類似或相同的項。

具體實施方式

根據本發明的方面，傳感器可以采用捕獲并保留目標污染物于波導周圍倏逝場內的捕集器。通過引導期望波長的光通過波導并測量從污染物散射的光可以在捕獲后的任何時刻檢測捕集器中的目標污染物顆粒的存在或數目。這種散射可以通過多種機制發生，包括但不限于線性的和非線性的共振熒光或拉曼(Raman)散射?？梢酝ㄟ^把波導、捕集器、照明系統、光電傳感器和通信接口集成為單個設備來把這些傳感器制作成自激的。此外，包括波導、捕集器、光電傳感器和通信接口的傳感器可以使用納米技術在芯片內或上集成。因此，可以將數百萬的便宜的塵埃大小的納米傳感器(其每一個可以具有數百或數千個捕集器)分散在氣體中，并且用來檢測和映射目標污染物的濃度和/或分布。

現在將詳細地參考具體實施例，其描述了目前發明人認為實施本發明的最佳模式。替換實施例也被簡要描述為可應用的。

圖1是管芯(die)110上制造的傳感器100的示意圖。在本發明的示例性實施例中，管芯110是處理過的半導體芯片，例如硅或GaAs芯片，具有幾平方微米的面積。在管芯110上，傳感器100包括波導120、捕集器的集合130、照明系統140、光電傳感器150和通信接口160。

波導120制造在管芯110中，并且具有適合于導向具有與要測量的目標污染物相互作用的波長的光或其它電磁輻射的光學特性。在本發明的示例性實施例中，波導120是常規處理技術在管芯110上沉積或生長的介電材料例如硅石、二氧化硅或鈮酸鋰的通道(channel)?；蛘?，波導120可以是管芯110中形成的光子晶體中的線缺陷。對于光子晶體，管芯110中的孔或折射率的變化可以形成在圖案中，使得具有期望波長的光的傳播被限制到對應波導120的缺陷。這種缺陷通常實施為光子晶體的圖案中的變化。