[發明專利]流體光波導結構

有效

• 申請號: 201010128851.6
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101825743A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 黎永前;丁麗娟;王寧博
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/35
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

所屬領域

本發明涉及一種流體光波導結構，屬于微機械電子系統(MEMS)、集成光學領域的流體光波導領域。

現有技術

流體光波導能夠為生物檢測提供賴于生存的液體環境，同時提供光信息傳輸的物理通道，近年來得到了廣泛的研究。目前研究中的流體光波導的結構包括三種：(1)導波層材料為流體，覆蓋層材料為固體；(2)導波層材料為流體，覆蓋層材料為流體；(3)導波層材料為流體，覆蓋層材料為氣體。

由流體導波層和固體覆蓋層構成的流體光波導。中國專利(CN200710044173.3)中提出了一種由流體導波層和固體覆蓋層構成的流體光波導結構，選擇折射率大于固體覆蓋層折射率的流體，使得光在流體導波層發生全內反射傳播；類似結構還可以參見Datta等人2003年在IEEE?SENSORS?JOURNAL上第3卷第788-795頁發表的文章。或者固體覆蓋層利用干涉原理進行光傳輸，Yin等人在2004年APL?85第3477-3479頁上發表的文章中提出了一種由流體導波層和固體覆蓋層構成的流體光波導結構，固體覆蓋層折射率大于流體折射率，多層覆蓋層內的相干干涉使得光在覆蓋層發生干涉傳播。還可以參見Yin等人在2005年OPTICSEXPRESS上第13期第23號上發表的文章。固體覆蓋層組成的流體光波導必須選擇合適的材料，或者復雜的制造工藝，使得滿足固體覆蓋層折射率小于流體的條件。

由流體導波層和氣體覆蓋層構成的流體光波導。Yang?Seung?Man等人在歐洲專利(KR20090100956)中提出一種由流體導波層和氣體覆蓋層構成的光波導。

由流體導波層和流體覆蓋層構成的流體光波導，同樣采用折射率大于覆蓋層流體折射率的導波層流體，滿足光在流體導波層發生全反射傳播。Wolfe等人獲得的美國專利(US2009/0097808A1)提出了在兩種流體處于層流狀態時具有小的擴散系數，由折射率數值不同的流體分別形成導波層和覆蓋層的流體光波導結構。中國專利(200680005292)提出了一種由兩種導電性不同的不相溶流體組成的流體光波導，折射率大的流體作為導波層，該結構能夠通過電潤濕效應改變液體的分界面以改變光的傳輸特性。Tang等人在2006年APL?88，061112上發表的文章中描述了一種由不同溫度的相同流體組成的流體光波導結構。類似結構還可以參見Li等人在2008年APL?93，193901上發表的文章。由流體覆蓋層組成的流體光波導，由于流體之間分子的擴散作用，以及溫度場的不穩定性，而影響光在流體光波導中的穩定傳播。

發明內容

本發明的目的是：針對現有由固體覆蓋層構成的流體光波導對固體覆蓋層和流體導波層材料有限制，以及由流體覆蓋層構成的流體光波導因流體之間分子的擴散作用引起的光傳播不穩定的現狀，提出一種結構簡單，能夠在流體微管道中實現光穩定傳播的流體光波導結構及其應用方法。

參閱附圖1和附圖2，本發明的技術方案是：一種流體光波導結構，依次包括基底I1、結構層2和基底II3，結構層2上有與基底I1和基底II3平行的微管道，微管道里充滿流體，其兩端分別與輸入口5和輸出口7連通，一對金屬電極4分別處在基底I1和基底II3上相應的位置上以直接加熱微管道中的流體；金屬電極4也可以處在結構層2的兩個內壁上，或者金屬電極4包覆整個微管道；基底I1上在與結構層2上輸入口5和輸出口7相應的位置上布有開孔，用于流體的輸入和輸出。

為了保證金屬電極4和流體絕緣，在金屬電極4表面覆蓋聚合物薄膜8，參閱附圖7-9。

本發明的有益效果是：基于流體折射率隨流體溫度的變化而變化的原理形成流體光波導。通過對金屬電極4施加恒定電流導致金屬電極4溫度升高，由于熱量傳遞，微管道中與金屬電極4接觸的流體區域溫度升高，使得該區域流體的折射率降低，在微管道中的流體形成具有不同折射率的區域，與金屬電極4接觸的區域構成流體覆蓋層11，夾在流體覆蓋層之間的流體區域構成流體導波層12；由于流體導波層12與流體覆蓋層11之間存在折射率梯度，使得光在流體導波層12中穩定傳播。

本發明提出的流體光波導結構，采用流體微管道邊緣的電極加熱方法，使得接觸電極區域流體的折射率發生變化，形成流體覆蓋層。在微管道中使用任意同種流體制備流體光波導，使得流體光波導的材料選擇性更靈活；通過簡單的電路控制，實現光在流體光波導中的穩定傳播，為生物細胞及生物大分子的光學檢測提供了簡便工具。

附圖概述

圖1為一種流體光波導的結構示意圖；

圖2為實施例1中流體光波導6的橫截面示意圖；

圖3為圖2中B-B截面的剖視圖；