[發明專利]基于光功率比值解調的集成波導光學生化傳感器

有效

• 申請號: 201410253822.0
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104034694A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 韓秀友;趙明山
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種基于光功率比值解調的集成波導光學生化傳感器，其特征在于：

該集成波導光學生化傳感器(1)包括光路部分、傳感支路和電路部分；

光路部分在集成波導光學生化傳感器(1)前部，包括激光器(2)、第一直光波導(3)、第一光波導定向耦合器(4)、傳感支路光波導(5)、參考支路光波導(6)、第二光波導定向耦合器(8)、第二直光波導(9)和第三直光波導(10)、第一光電探測器(11)、第二光電探測器(12)；

電路部分在集成波導光學生化傳感器(1)后部；包括第一連接電路(13)，第二連接電路(14)，數據采集與處理單元(15)；

傳感支路光波導(5)上制作有傳感池(7)，光波導芯層被待測生化樣品溶液覆蓋。

2.根據權利要求1所述的基于光功率比值解調的集成波導光學生化傳感器，其特征還在于具有：激光器(2)為單波長激光器。

3.一種基于光功率比值解調的集成波導光學生化傳感器的檢測方法，其特征包括如下步驟：

a.激光器(2)輸出單波長光波經第一直光波導(3)進入第一光波導定向耦合器(4)分成兩路，分別進入傳感支路光波導(5)和參考支路光波導(6)；傳感支路光波導(5)中的光波在傳感池(7)中與待測生化樣品溶液發生相互作用，從而使得光波傳輸相位發生變化，待測生化樣品溶液的濃度不同，其折射率則不同，對光波相位改變量的大小不同；傳感支路光波導(5)和參考支路光波導(6)分別與第二光波導定向耦合器(8)的兩個輸入端相連，光波經第二光波導定向耦合器(8)耦合分束后分別進入第二直光波導(9)和第三直光波導(10)；

b.第二直光波導(9)和第三直光波導(10)輸出的光波分別進入第一光電探測器(11)和第二光電探測器(12)進行光電轉換，得到的光電流分別經第一連接電路(13)和第二連接電路(14)進入數據采集與處理單元(15)轉換為光功率值；

c.由第一連接電路(13)進入數據采集與處理單元(15)的光電流轉換的光功率值P₁和由第二連接電路(14)進入數據采集與處理單元(15)的光電流轉換的光功率值P₂分別滿足

P1=P0A1sin2(ΔΦ2)---(1)]]>

P2=P0A2cos2(ΔΦ2)---(2)]]>

其中P₀為激光器輸出的光功率，A₁和A₂為與光電轉換效率、光傳輸損耗和負載電阻相關的常數，ΔΦ＝2πΔn_effL/λ，L為傳感池(7)覆蓋的光波導長度，λ為激光器輸出光波的波長，Δn_eff為傳感池(7)區域波導有效折射率的改變量，其由波導芯層覆蓋的待測生化樣品溶液的折射率變化量Δn_c確定；數據采集與處理單元(15)對光功率P₁和P₂進行比值計算，有

R=P2P1=Cctan2(ΔΦ/2)---(3)]]>

其中C＝A₂/A₁，為常數；利用兩路光功率的比值R，可計算得到待測樣品溶液的折射率變化量Δn_c，進而獲得待測生化樣品的濃度信息。