[發明專利]基于有源微管的諧振式光微流體傳感裝置和方法

有效

• 申請號: 201210485535.3
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102980853A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 江俊峰;劉鐵根;劉琨;于哲;姬強;陳文杰;劉文輝;張晶;張以謨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/41
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

1.一種基于有源微管的諧振式光微流體傳感裝置，其特征在于該傳感裝置包括：

泵浦光源：采用980nm激光器，為有源微管提供泵浦光，以實現微管內部摻雜介質的粒子數反轉分布，光源單模輸出功率0~850mw；

輔助定位光源：采用650nm半導體激光光源，用作定位泵浦光耦合位置的參考光源；

光纖耦合器：用于將泵浦光源和輔助定位光源所發出的光合成一束并傳輸到準直擴束裝置中；

準直擴束裝置：用于對光纖耦合器傳輸過來的光進行準直擴束，形成平行光；

角度調節臺：準直擴束裝置安裝在角度調節臺標有刻度的半圓形軌道上；通過改變準直擴束裝置在軌道上的位置改變入射光的角度，進而選擇泵浦光的模式；

耦合棱鏡：準直擴束裝置中出射的平行光以一定角度射入耦合棱鏡表面并發生全反射，全反射時產生的倏逝波耦合進入有源微管中，有源微管與棱鏡端面平行且間距在50~100nm之間；

有源微管：安裝在有源微管夾持架上，耦合棱鏡全反射產生的倏逝波耦合進入有源微管中；微管成分為摻有增益介質的石英，一般有摻鉺、摻鐿、鉺鐿共摻三種摻雜方式；有源微管一方面作為產生激光的諧振腔和工作介質，在該有源微管管壁內，滿足諧振條件的光波長形成穩定的能量分布模式，并在微管內表面附近形成倏逝場以進行光微流體傳感；另一方面還作為樣品的輸送通道，在微管內腔中輸送待測樣品；

有源微管夾持架：用于夾持有源微管，并調節與耦合棱鏡的耦合距離；

聚焦裝置：有源微管中出射的信號光被聚焦裝置收集并輸入到光譜分析裝置，聚焦裝置安裝在角度調節臺的半圓形軌道上；

光譜分析裝置：用于分析聚焦裝置收集的信號光光譜，通過檢測光譜中諧振峰的漂移量，實現對待測樣品濃度的檢測。

2.基于有源微管的諧振式光微流體傳感裝置，其特征在于該傳感裝置采用摻雜微管作為光微流體諧振腔。

3.一種依據權利要求1所述裝置的基于有源微管的諧振式光微流體傳感方法，其特征在于該方法的具體過程如下：

第1、泵浦光源和輔助定位光源發出的光通過光纖耦合器入射到準直擴束裝置，準直擴束后形成平行光入射到耦合棱鏡上；

第2、通過調節準直擴束裝置在角度調節臺上的位置改變入射角，調節時利用輔助定位光源形成的光線和光斑確定調節量；

第3、泵浦光通過耦合棱鏡產生倏逝波，倏逝波耦合進入與棱鏡端面平行且相距100nm左右的有源微管中，泵浦激發實現增益介質粒子數反轉，滿足回音壁諧振模條件且在增益譜內的光在其中不斷放大，最終形成激光振蕩。通過在有源微管內壁固化生物檢測試劑，當被檢測生物分子流過時，與檢測試劑發生的反應將改變內壁表面折射率，有源微管回音壁諧振模的諧振波長將發生漂移，導致輸出激光波長漂移；

第4、形成的激光再次通過耦合進入棱鏡中并且以一定角度出射，被聚焦裝置匯聚收集并傳入到光譜分析裝置，測出激光諧振波長的變化，從而計算出折射率的變化，根據折射率與生物分子濃度的關系，最終分析出生物化學微流體濃度和反應信息。