[發明專利]一種高靈敏度微諧振腔光傳感器

無效

• 申請號: 200810060460.8
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101261222A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 戴道鋅;何賽靈
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/17
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種微諧振腔光傳感器，屬于光傳感器件領域。

背景技術

近年來，低成本、高靈敏度德超小型傳感器的需求不斷增長，尤其在生物、環境以及化學等方面。針對這種需求，基于平面光波導技術的集成型光學傳感器逐漸受到眾人關注。目前已有多種結構，如馬赫-澤德干涉儀(A.Densmore，etal.A?silicon-on-insulator?photonic?wire?based?evanescent?field?sensor.IEEEPhotonics?Technology?Letters，18(23)：2520-2522，2006)、表面等離子波傳感(Homola?J，et?al.Surface?plasmon?resonance?sensors：review.Sensors?and?ActuatorsB-Chemical，54(1-2)：3-15，1999)以及微環/微盤等微諧振腔結構(Sang-Yeon?Choet?al.A?Polymer?Microdisk?Photonic?Sensor?Integrated?Onto?Silicon.IEEE?PhotonicsTechnology?Letters，18(20)：2096-2098，2006)。其中，微環/微盤等微諧振腔由于具有尺寸小、易于形成高集成度的陣列而成為最有前景的傳感器結構之一。當光波導有效折射率隨著目標物質濃度而變化時，微諧振腔的諧振波長發生漂移，因此通過測試此波長漂移即可測得目標物質的濃度變化。然而，為了實現更精確的測試，必須發展精度更高的光學傳感器。

發明內容

本發明的目的是一種高靈敏度微諧振腔光傳感器。

本發明的高靈敏度微諧振腔光傳感器，包括輸入波導、微諧振腔、輸出波導和光功率衰減器，輸入波導和輸出波導分別與微諧振腔耦合，置于微諧振腔的兩側，輸入波導的一端為整個光傳感器的光源接入端，輸入波導的另一端與光功率衰減器的輸入端相連，光功率衰減器的輸出端與輸出波導的一端相連，輸出波導的另一端為傳感信號出射端。

上述的微諧振腔可以是微環、微盤、微球或光子晶體微腔，也可以是微環、微盤、微球和光子晶體微腔這幾種結構的任意兩個或多個的組合。

上述的光功率衰減器可以是彎曲光波導、Y分支、方向耦合器、多模干涉耦合器或馬赫-澤德干涉儀，或為兩根在連接處具有間隙或橫向偏移的光波導。

其工作過程為：將被測物質覆蓋在微諧振腔傳感器的上表面，光從輸入波導的一端入射，與微諧振腔發生耦合，滿足諧振的波長在微諧振腔發生諧振，并從輸出波導輸出。不滿足諧振波長的光則從輸入波導的另一端出射并經過光功率衰減器而進入輸出波導，其中部分光由于輸出波導與微諧振腔之間的耦合作用，再次耦合進入微諧振腔，而另一部分從輸出波導另一端出射。當被測物質物質折射率發生變化時，微諧振腔諧振波長發生漂移。通過測試諧振波長漂移或者某一固定波長功率的變化即可實現高靈敏度傳感。

本發明有益的效果是：

本發明結構簡單，設計方便，僅需標準工藝制作。采用微諧振腔設計，可以實現非常尖銳的頻譜響應，從而實現高精度、高靈敏度測試。

附圖說明

圖1是是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為彎曲光波導的示意圖；

圖2是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為方向耦合器的示意圖；

圖3是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為馬赫-澤德干涉儀的示意圖；

圖4是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為Y分支的示意圖；

圖5是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為多模干涉耦合器的示意圖；

圖6是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為兩根在連接處具有間隙的光波導的示意圖；

圖7是微諧振腔傳感器中的光功率衰減器為兩根在連接處具有橫向偏移的光波導的示意圖；

圖8是本發明與傳統微諧振腔傳感器的頻譜響應比較，圖中實線為本發明微諧振腔傳感器的頻譜響應，虛線為傳統微諧振腔傳感器的頻譜響應；

圖9是當有效折射率變化2×10^-5時，頻譜響應變化情況，圖中曲線1、2分別為折射率變化前、后本發明的頻譜響應曲線；曲線3、4分別為折射率變化前、后傳統微諧振腔傳感器的頻譜響應曲線。

具體實施方式