[發明專利]基于光強探測的高靈敏度傳感系統

無效

• 申請號: 201210052676.6
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102636200A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 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: G01D5/32
• 分類號: G01D5/32
• 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，尤其涉及一種基于光強探測的高靈敏度傳感系統。?

背景技術

生物和化學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、偏振、光強等)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)、選擇性好、靈敏度高、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?；谥C振原理的集成光波導傳感器通常還需要高靈敏度的光譜儀或者穩定性高、帶寬窄的激光光源。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種高靈敏度、集成度高的傳感系統，具有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。?

為達到上述目的，本發明提供了一種基于光強探測的高靈敏度傳感系?統，包括：?

一光源；?

一第一3dB光分束器，其輸入端與光源連接，用于光的分束；?

一第一光功率計，其輸入端與第一3dB光分束器的第一輸出端連接；?

一傳感芯片，其輸入端與第一3dB光分束器的第二輸出端連接；?

一第二光功率計，其輸入端與傳感芯片的輸出端連接；?

一處理器，其輸入端與第一光功率計和第二光功率計的輸出端連接，用于對數據的處理、分析。?

從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果：?

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.本發明不需要光譜儀、激光器等昂貴設備，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因子等因素的要求很低，降低了工藝要求。?

5.本發明的傳感特性對光源的強度、3dB帶寬等因素不敏感，降低了光源的要求。?

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是結構示意圖，其中：?

圖1(a)是基于光強探測的高靈敏度傳感系統的結構示意圖；?

圖1(b)是傳感芯片的結構示意圖；?

圖2是光譜圖，其中：?

圖2(a)是入射光源的光譜圖；?

圖2(b)是進入第一光功率計的光束的光譜圖；?

圖2(c)是當被測物質為純凈的去離子水(折射率為1.33)時，進入第二光功率計的光束的光譜圖；?

圖3是當樣品槽內折射率變化為10^-2，進入第二光功率計的光束的光譜圖；?

圖4是參考微腔下載光束在λ＝1.55μm附近的歸一化光譜分布圖。?

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種基于光強探測的高靈敏度傳感系統，包括：?

一光源1；?

一第一3dB光分束器2，其輸入端與光源1連接，用于光的分束；?

一第一光功率計3，其輸入端與第一3dB光分束器2的第一輸出端21連接；?

一傳感芯片4，其輸入端與第一3dB光分束器2的第二輸出端22連接；?

一第二光功率計5，其輸入端與傳感芯片4的輸出端連接；?

一處理器6，其輸入端與第一光功率計3和第二光功率計5的輸出端連接，用于對數據的處理、分析。?

第一3dB光分束器2的輸入端通過光纖與光源1相連接，第一3dB光分束器2的第一輸出端21通過光纖與第一光功率計3相連接，第一3dB光分束器2的第二輸出端22通過光纖與傳感芯片4的輸入端相連接。傳感芯片4的輸出端通過光纖與第二光功率計5相連接，第二光功率計5和第一光功率計3記錄的數據導入處理器6后，進行傳感數據的處理分析。?

其中第一3dB光分束器2是光纖3dB光分束器或光波導3dB光分束器。?