[發明專利]一種基于硅基槽式波導的多模干涉型生物化學傳感器

有效

• 申請號: 201210005490.5
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102565000A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 肖金標
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及生物/化學物質的精確檢測和集成光學傳感領域，具體是一種新型的基于硅基槽式波導的多模干涉型生物/化學傳感器的結構。

背景技術

生物化學傳感器是能夠直接提供周圍的有關生物、化學物質的種類和濃度信息的傳感器，并且從電子計算機、新型材料和微電子處理技術的發展中獲得了發展動力，在環境監測、生物技術、醫療診斷、藥物篩選、食品安全、環境和安全監控以及其他的一些領域發揮著非常重要的作用。

光學生物/化學傳感器分為兩大類：標記型，無標記型的傳感器。其中標記檢測具有成本高、耗時、易干擾等缺點；而無標記型傳感器均具有靈敏度高、響應快、實時檢測、無標記、小型化易集成等特點，在分子檢測、安全監控、生物技術等領域得到廣泛的應用。

無標記型生物化學傳感器主要有三種，它們分別是基于表面等離子體共振的，基于波導漸逝波的，基于多模干涉型的生物/化學傳感器。其中基于前兩種的傳感器具有體積大、成本高、效率低等缺點，而多模干涉結構天然具有緊湊性、堅固性、容易制作和容差性好等優點，基于硅基槽式波導的多模干涉型結構的提出在光學傳感領域是一個創新的貢獻。本發明設計的錐形多模干涉器件具有很高的可靠性，在大范圍的生物和化學物品的檢測方面具有很大的潛在應用價值。另外，由于這種結構靈敏度高、檢測限低、小型化和低功耗等優良特性可能會帶來潛在的大批量生產降低成本，實現商業化，在實際生活中得到廣泛的應用。在此基礎上，還可以將光學、流體和電學功能集成在同一平臺上以獲得實驗上的單片微系統，進一步為光學生物化學傳感領域開辟新型的道路。

發明內容

技術問題：為了克服現有光學生物/化學傳感器存在的不足，本發明提供一種基于硅基槽式波導的多模干涉器件，作為傳感器的主要部件。這種傳感器具有結構簡單、制作容差性好、緊湊便于集成、成本低、檢測效率高等優點，可實現大范圍的生物和化學物質的檢測。

技術方案：?為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于硅基槽式波導的多模干涉型生物化學傳感器，該傳感器包括用于輸入光信號的輸入波導，兩個輸出波導，即第一輸出波導，第二輸出波導，多模干涉波導，輸入波導與第一輸出波導，第二輸出波導之間通過多模干涉波導連接；其中，

多模干涉波導為錐形；

單波長光信號從輸入波導輸入，在多模干涉波導區域發生多模干涉，基于多模干涉的自成像效應，輸入光經過自鏡像長度再生，選自鏡像長度作為該器件的長度。

優選的，所述傳感器的多模波導為二次錐形曲線結構，并且在多模波導區域設有開槽，用于填充檢測液體。

有益效果：

1、核心傳感部件采用多模干涉波導，制作容差性好、可靠性高，不僅使得器件易于制作、經濟成本低廉，而且還能提高器件檢測物質的靈敏度和效率。

2、多模干涉波導設計為錐形結構，可實現自鏡像長度很大程度的縮小，使得制作的器件更加緊湊、易于集成、適合大規模批量生產。

3、器件的多模波導中引入的檢測槽利于制作微流通道，引入低折射率開槽，使得器件更趨于小型化，還適用于大范圍的生物/化學物質檢測。

4、基于硅基波導，兼容成熟的CMOS加工工藝，能夠實現硅基單片集成，在集成光學領域有著巨大的潛力。

附圖說明

圖1是本發明第一個實例的結構示意圖。

圖2是本發明第一個實例的橫截面示意圖。

圖3是本發明第一個實例中檢測物質折射率為1.483的輸出端光場分布圖。

圖4是本發明第一個實例中檢測物質折射率為1.4852的輸出端光場分布圖。

圖5是本發明的第一個實例中測得的在不同檢測物質折射率下的歸一化輸出光功率圖。

圖6是本發明第二個實例的結構示意圖。

圖中標號說明如下：

1–輸入波導?，2–開槽?，3-第一輸出波導，4–第二輸出波導?，5–多模干涉波導，?6－第一三等分開槽，7–第二三等分開槽?，8–檢測液體層?，9–二氧化硅，10–硅襯底，11–硅芯層。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

參見圖1－6，本發明公開了一種基于硅基槽式波導的多模干涉型生物化學傳感器，該傳感器包括用于輸入光信號的輸入波導1，兩個輸出波導，即第一輸出波導3，第二輸出波導4，多模干涉波導5，輸入波導1與第一輸出波導3，第二輸出波導4之間通過多模干涉波導5連接。