[發明專利]光學微腔生化傳感器

無效

• 申請號: 201110289307.4
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN102506911A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 張曉光;吳遠大;王玥;張家順;安俊明;王紅杰;李建光;胡雄偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;G01N21/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及光傳感領域，尤其涉及一種高靈敏度的光學微腔生化傳感器。

背景技術

化學和生物傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農業生產等各個領域中。光學傳感器是傳感技術的重要組成部分，其基本原理是：被測物質與光場相互作用，從而使光場的某些參量(如波長、相位、光強、偏振等)發生變化。

集成光波導傳感器具有抗電磁干擾、耐惡劣環境(如高溫、核輻射等)、靈敏度高、選擇性好、響應快、便于集成等優點，在臨床醫學、生物工程、食品工業、環境污染等領域展現出十分廣闊的應用前景。集成光波導傳感器通常采用干涉或者諧振等原理。采用諧振原理的集成光波導傳感器具有靈敏度高，能耗低，易于集成等優點而被廣泛地研究。

基于諧振原理的集成光波導傳感器，為了獲得高的靈敏度和低的探測極限，通常要求微腔的Q很高(～10⁶)。這使得傳感器的制備對工藝的要求很苛刻。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高靈敏度的光學微腔生化傳感器，具有易于集成、降低了光傳感系統的成本、靈敏度很高、探測極限小和降低了工藝要求的優點。

本發明提供一種光學微腔傳感器，包括：

一第一3dB光分束器和一第二3dB光分束器；

一傳感微腔，該傳感微腔的一側與第一3dB光分束器的端口1耦合，該傳感微腔的另一側與第二3dB光分束器的端口1耦合；

一參考微腔，該參考微腔的一側與第一3dB光分束器的端口2耦合，該參考微腔的另一側與第二3dB光分束器的端口2耦合；

一樣品槽，該樣品槽用于容置傳感微腔；

一參考槽，該參考槽用于容置參考微腔；

其中傳感微腔與參考微腔的自由頻譜寬不同，入射光由第一3dB光分束器輸入，經分束后分別與傳感微腔和參考微腔相耦合；耦合進入傳感微腔和參考微腔的光分別耦合進入第二3dB光分束器的端口1和端口2，兩束光經第二3dB光分束器干涉后作為傳感信號輸出。

2.根據權利要求1所述的光學微腔生化傳感器，其中傳感微腔是微環、微盤、微球或光子晶體微腔。

其中參考微腔是微環、微盤、微球或光子晶體微腔。

其中傳感微腔與第一3dB光分束器端口1的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式為橫向耦合或者垂直耦合。

其中傳感微腔與第二3dB光分束器端口1的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式為橫向耦合或者垂直耦合。

其中參考微腔與第一3dB光分束器端口2的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式為橫向耦合或者垂直耦合。

其中參考微腔與第二3dB光分束器端口2的耦合是基于倏逝波耦合，其耦合方式為橫向耦合或者垂直耦合。

其中用于制作該光學微腔生化的材料是SOI、有機物或者硅基二氧化硅。

本發明的有益效果是：

1.本發明設計簡單、制備方便、與標準的CMOS工藝兼容、易于集成。

2.本發明對光譜儀分辨率的要求很低，從而極大的降低了光傳感系統的成本。

3.本發明的靈敏度很高，探測極限小。

4.本發明對微腔Q因子、臨界耦合條件等因素的依賴小，降低了工藝要求。

附圖說明

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明，其中：

圖1是高靈敏度光學微腔生化傳感器的結構示意圖。

圖2是當樣品槽和參考槽中的物質折射率相同時，參考光束、傳感光束和最終輸出光束的頻譜響應圖。其中，(a)為參考光束，(b)為傳感光束，(c)為最終輸出光束。

圖3是當樣品槽和參考槽中的物質折射率差為10^-4時，參考光束、傳感光束和最終輸出光束的頻譜響應圖。其中，(a)為參考光束，(b)為傳感光束，(c)為最終輸出光束。

圖4是當傳感器的微腔損耗很大(A＝0.95，A為光在傳感器一周的光損耗)、Q因子很低(～8×10³)、且不在臨界耦合條件下、傳感微腔內折射率變化為10^-4時，參考光束和最終輸出光束的頻譜響應圖。其中，(a)為參考光束，(b)為1.552μm波長附近的參考光束，(c)為最終輸出光束。

具體實施方式：

請參閱圖1所示，本發明提供一種光學微腔傳感器，包括：

一第一3dB光分束器1和一第二3dB光分束器4；