[發明專利]嵌有FP腔的MZ干涉式光學生化傳感芯片

有效

• 申請號: 201310330166.5
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103558183A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 王卓然;袁國慧;高亮
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明涉及對氣體分子或者生物分子等特定的化學或生物物質的檢測技術，具體涉及光傳感技術領域，特別涉及一種基于嵌入有FP諧振腔的MZ干涉式光學生化傳感芯片。?

背景技術

生化傳感器是一種生物活性材料與相應換能器的結合體，它用于測定特定的化學或生物物質。由于測定這些化學或生物物質在環境監測、疾病監控以及藥物研發中具有重要意義，所以對生化傳感器的研究已經顯得非常重要。目前典型的光學生化傳感器主要可分為熒光標記型光學生化傳感器和無標記型光學生化傳感器兩大類，由相關的文獻可知，熒光標記型光學生化傳感器雖然已被用于探測和辨別特定的生物化學分子，但卻有設備龐大、操作復雜及花費時間長等缺點，且通常需要具有一定專業技術的專人操作，普及成本較高，同時，用于標記的熒光分子還有可能影響樣本的探測。相比而言，無標記型光學生化傳感器的尺寸更小，成本更低，應用方法也更為便捷，而且在測量過程中不再引入新的干擾，結果也更加可靠。?

基于SOI（Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅）的光學生化傳感器就是一種無標記型光學生化傳感器，同時也正是本領域的研究熱點。從現有的基于SOI的光學生化傳感器來看，大多采用了倏逝波（消逝波）探測原理，倏逝波是指由于全反射而在兩種不同介質的分界面上產生的一種電磁波，其幅值隨與分界面相垂直的深度的增大而呈指數形式衰減，通過檢測所述的光學生化傳感器光波導的倏逝波以探測樣本生物化學物質。其原理在于待測樣本中生物化學物質會引起光學生化傳感器中光波傳輸性質的改變（表現為光學生化傳感器的有效折射率的變化），也即將使樣本中的生物化學物質濃度信號轉換為光信號變化。目前已用于傳感的平面波導結構有馬赫澤德干涉計、光柵、以及法布里-伯羅（FP）腔、環形腔、表面等離子體共振等結構。其中，對基于光學諧振腔結構（如FP腔、環形腔等）的光學生化傳感器而言，諧振效應的引入可使光信號在諧振腔內不斷諧振和放大，因此等效于光學生化傳感器探測長度的增加，更能引起相位(或強度)等光信號變化到可探測的量值，進而實現在小尺寸光學生化傳感器上達到較好的傳感性能，另外小尺寸的光學生化傳感器也便于光學生化傳感器系統的小型化與微型化，將有效地降低系統成本。?

近年來，基于MZ干涉式和光柵FP諧振腔光學生化傳感芯片的光學生化傳感器被人們逐漸提出，這種傳感器是利用兩個具有不同自由光譜范圍的傳感子系統，組成一個新的傳感系統。?

在現有的對氣體分子或者生物分子等特定的化學或生物物質的檢測技術領域中，在將?基于SOI的片上系統的可小型化的優勢和MZ干涉式的系統測量精度等優勢相結合的實例幾乎沒有。?

發明內容

本發明的目的是為了解決某些生物化學物質的探測問題，提出了嵌有FP腔的MZ干涉式光學生化傳感芯片。?

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：嵌有FP腔的MZ干涉式光學生化傳感芯片，包括自下而上依次層疊鍵合的硅基層、二氧化硅層和單晶硅層構成的SOI基體，其特征在于，所述SOI基體的單晶硅層包含MZ干涉單元，所述MZ干涉單元包括兩段光波導，在其中一段光波導上包含有光柵FP腔，所述MZ干涉單元與光柵FP腔具有不相同的自由光譜范圍，二者光學耦合連接。?

進一步的，組成MZ干涉單元的兩段光波導具有相同的結構。?

進一步的，組成MZ干涉單元的光波導還包括輸入直波導、第一耦合區波導、半跑道形波導和第二耦合區波導，兩段組成MZ干涉單元的光波導組成中心對稱結構，其中第一段波導的第一耦合區波導與第二段波導的第二耦合區波導耦合連接，第一段波導的第二耦合區波導與第二段波導的第一耦合區波導耦合連接，兩段光波導耦合形成跑道形結構。?

進一步的，所述光柵FP腔被刻蝕在組成MZ干涉單元的兩段光波導之一的半跑道形波導上，與MZ干涉單元形成耦合。?