[發明專利]一種用于增強傳感器靈敏度的復合光波導

無效

• 申請號: 201010100251.9
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN101776465A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 郝寅雷;鄭偉偉;谷金輝;李宇波;李錫華;楊建義;江曉清;周強;王明華
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G02B6/00
• 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

本發明涉及一種用于制作高靈敏度傳感器光波導，具體涉及一種用于增強 傳感器靈敏度的復合光波導。

背景技術

基于光學的傳感器主要包括光纖傳感器和集成光學傳感器，它們具有的優 勢是：良好的穩定性、靈敏度高、響應速度快、抗電磁干擾、抗腐蝕性強、可 以同時實現對多種物質的分析、便于集成于光通信網中以及適于低成本大規模 制造。

光纖傳感器的研究最早始于上世紀70年代，但由于制造技術的限制，直到 上世紀90年代初，也只有少數光纖傳感器在市場上出現。同時，早期的光纖傳 感器只是小批量生產，相對產品價格較高。20世紀90年代后，隨著各種光纖 制造技術的成熟，更多的光纖傳感器在不斷地商業化，比如壓力應力傳感器、 液體流量傳感器、電流電壓傳感器、化學傳感器、濕度傳感器等。目前世界上 已有五百多家企業生產各類光纖傳感器。

與基于同樣原理的光纖傳感器相比，集成光學傳感器具有更高的靈敏度， 更易實現小型化和陣列化，更易于批量化生產并因此具有更低的制作成本，而 且，在某些方面，集成光學傳感器具有光纖傳感器不可比擬的優勢，比如集成 光學傳感器可以更方便地制作多種傳感器結構，實現更好的功能。

在各種原理的光學傳感器中，基于倏逝波原理的光學傳感器是一類重要的 傳感器。以倏逝波吸收原理為例，基于集成光學的該傳感器的光波導結構如圖 1、圖2所示，包括光波導的下包層1和條形限制區2，以及傳感層3。條形限 制區2的折射率高于下包層1和傳感層3的折射率，如倏逝波傳感器光波導折 射率分布曲線4所示。傳感層3的特定成分的待測物質形成對特定波長的選擇 吸收，從而可以對待測物質進行定性和定量的測試。由于傳感層3的折射率低 于條形限制區2的折射率，光導波的能量大部分分布在條形限制區2，如圖1 所示，圖中5是倏逝波傳感器光波導模場分布曲線。從圖中可以傳感層3中的 光強很弱，傳感器的敏感程度很低。而且，傳感器的敏感程度受限于傳感層3 的折射率，這使得傳感器制作的工藝容差很小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于增強傳感器靈敏度的復合光波導，采用狹 縫波導結構，增強光導波與傳感膜的相互作用，提高傳感器靈敏度。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是：

本發明包括下包層、條形限制區和傳感層；本發明在傳感層從下至上依次 設置平板形限制區和上包層；條形限制區折射率大于下包層的折射率；平板形 限制區的折射率大于上包層的折射率；傳感層折射率小于條形限制區和平板形 限制區的折射率。

本發明與背景技術相比具有的有益效果是：

本發明通過引入垂直于基片方向上的狹縫波導結構，與傳統的基于倏逝波 原理的集成光學光學傳感器相比，增強了光導波與傳感層的相互作用，提高了 傳感器的靈敏度。

這種光波導可以看作是條形光波導與平板光波導的組合，制作工藝簡單。

附圖說明

圖1是傳統的基于倏逝波原理的集成光學光學傳感器光波導結構。

圖2是對應于圖1所示光波導結構的折射率分布曲線和模場分布曲線。

圖3是基于狹縫結構的復合光波導集成光學傳感器光波導結構。

圖4是對應于圖3所示光波導結構的折射率分布曲線和模場分布曲線。

圖中：1、下包層；2、條形限制區；3、傳感層；4、倏逝波傳感器光波導 折射率分布曲線；5、倏逝波傳感器光波導模場分布曲線；6、平板形限制區；7、 上包層；8、復合光波導折射率分布曲線；9、復合光波導的模場分布曲線。

具體實施方式

如圖3所示，本發明包括下包層1、條形限制區2和傳感層3；本發明在傳 感層3從下至上依次設置平板形限制區6和上包層7；條形限制區2折射率大于 下包層1的折射率；平板形限制區6的折射率大于上包層7的折射率；傳感層3 折射率小于條形限制區2和平板形限制區6的折射率。

所述的下包層1、條形限制區2、平板形限制區6和上包層7的材料為二氧 化硅、玻璃、光波導聚合物或是硅材料。

如圖4所示，復合光波導折射率分布曲線8表示了下包層1、條形限制區2、 傳感層3、平板形限制區6和上包層7折射率大小的相互關系。從復合光波導的 模場分布曲線9可以看出，本發明的光波導中傳感層3中的光場強于背景技術 中的傳感層3中的光場，傳感器靈敏度得到提高。