[發明專利]一種基于諧振干涉復合結構和游標效應的光波導傳感器

有效

• 申請號: 200910153230.0
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN101696933A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 何建軍;金磊;李明宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及光波導傳感器，尤其是涉及一種基于諧振干涉復合結構和游標效應的光波導傳感器。

背景技術

生物化學傳感器不僅廣泛用于傳統醫學領域，推動醫學發展，而且還在空間生命科學、食品工業、環境監測和發酵工程等領域廣泛應用。

各種光波導傳感器都是根據倏逝波增強技術原理提出的。倏逝場與包層物質發生作用，包層物質變化時，引起波導模式折射率的變化。圖1給出了基于單個環形諧振腔的光波導傳感器結構示意圖。環形諧振腔因其具有尖銳的諧振峰，可以實現高靈敏度。環形諧振腔波導的上包層均為被測物質，使用諧振波長的偏移來測量被測物質折射率的變化時，其靈敏度由dn_eff＝n_effal/l決定。dl受到探測儀器的限制，在1550nm附近區域，其精確度為0.01nm，相應的探測靈敏度，dn_eff為2×10^-5。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于諧振干涉復合結構和游標效應的光波導傳感器，使用雙諧振腔和馬赫-曾德干涉儀相結合，通過游標效應將峰的偏移轉換為相鄰兩峰的能量變化，得到了更高的靈敏度。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

技術方案一：

包含輸入波導、四個分支波導、輸出波導、將光從輸入波導等分到第一、第二分支波導的分光器、將光從第三、第四分支波導的合到輸出波導的合光器、兩側分別與第一、第三分支波導相耦合的傳感諧振腔、兩側分別與第二、第四分支波導相耦合的參照諧振腔，所述傳感諧振腔與參照諧振腔的光學長度不同，所述的參照諧振腔的光學長度使得它的諧振頻率對應于一系列等間隔的工作頻率，所述傳感諧振腔的光學長度使得當它的一個諧振頻率與參照諧振腔的一個諧振頻率重合時其相鄰的諧振峰不完全重合；傳感諧振腔中至少有一部分波導的上包層與被測物質接觸。

所述兩個諧振腔均為環形諧振器。

所述四個分支波導與環形諧振腔之間的耦合分別通過各自的方向耦合器實現。

所述四個分支波導與環形諧振腔之間的耦合分別通過各自的多模干涉耦合器實現。

所述兩個諧振腔均為法布里泊羅腔。

所述兩個諧振腔中任意一個為環形諧振腔，另一個為法布里泊羅腔，所述環形諧振腔與波導的耦合通過方向耦合器實現，或者通過多模干涉耦合器實現。

技術方案二：

包含輸入波導、兩個分支波導、輸出波導、將光從輸入波導等分到第一、第二分支波導的分光器、將光從第一、第二分支波導的合到輸出波導的合光器、與第一分支波導相耦合的傳感環形諧振腔、與第二分支波導相耦合的參照環形諧振腔，所述傳感環形諧振腔與參照環形諧振腔的光學長度不同，所述的參照環形諧振腔的光學長度使得它的諧振頻率對應于一系列等間隔的工作頻率，所述傳感環形諧振腔的光學長度使得當它的一個諧振頻率與參照環形諧振腔的一個諧振頻率重合時其相鄰的諧振峰不完全重合；傳感環形諧振腔中至少有一部分波導的上包層與被測物質接觸。

所述兩個分支波導與環形諧振腔之間的耦合分別通過各自的方向耦合器實現。

所述兩個分支波導與環形諧振腔之間的耦合分別通過各自的多模干涉耦合器實現。

本發明具有的有益效果是：

通過使用不同腔長的兩個環形諧振腔，使得雙諧振譜疊加產生游標效應，將傳感環形腔諧振譜的移動轉變為總諧振譜的移動，并得到放大。再將總諧振譜的移動轉換為相鄰兩個諧振峰功率比值的變化，增加了靈敏度，物質折射率變化可探測最小量達9×10^-7。

附圖說明

圖1為背景技術中基于單個環形諧振腔的光波導傳感器示意圖。

圖2為本發明第一種實施方式結構示意圖

圖3為本發明第一種實施方式透射譜示意圖。

圖4為本發明第一種實施方式透射譜峰能量變化圖。

圖5為非傳感區與傳感區波導橫截面示意圖。

圖6為本發明第一種實施方式給出的實例的透射譜峰能量及比值變化圖。

圖7為本發明第二種實施方式結構示意圖。

圖8為本發明第三種實施方式結構示意圖。

圖9為本發明第四種實施方式結構示意圖。

圖10為本發明第五種實施方式結構示意圖。

圖11為本發明第六種實施方式結構示意圖。

圖12給出了第六個實施方式傳感諧振腔10，參照諧振腔20各自的直通透射譜以及總的透射譜。

圖13為本發明第七種實施方式結構示意圖。