[發(fā)明專利]一種聚合物集成波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器

有效

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• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104316996B
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 惲斌峰;胡國華;張若虎;鐘嫄;崔一平
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G02B6/124
• 分類號: G02B6/124;G01N21/41
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚合物集成波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器，屬于集成光學(xué)折射率傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

波導(dǎo)布拉格光柵是一種帶阻濾波器，決定其中心波長的波導(dǎo)模式的有效折射率和光柵周期可以受外界環(huán)境影響，從而通過檢測其中心波長可以實現(xiàn)光傳感領(lǐng)域的折射率傳感、生化傳感、溫度傳感和應(yīng)力傳感。

近年來，隨著集成光學(xué)和生化傳感技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了各種波導(dǎo)光柵折射率傳感器。常見的波導(dǎo)光柵折射率傳感器類型包括：光纖布拉格光柵折射率傳感器、基于二氧化硅光波導(dǎo)(planar lightwave circuit,PLC)的波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器、基于硅基二氧化硅(SOI)的波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器。光纖布拉格光柵折射率傳感器的芯層和包層折射率差小，折射率傳感范圍較小,靈敏度也較低，體積也相對較大，不利于集成；二氧化硅波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器芯層和包層的折射率差小，折射率傳感范圍較小,靈敏度也較低，材料和加工成本較高；硅基二氧化硅波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器芯層和包層折的射率差大，器件插入損耗較大，材料和加工成本很高。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于聚合物材料的波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器，具有折射率傳感范圍大、靈敏度高的特點。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種聚合物集成波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器，包括基底1、下包層2、上包層4、芯層3；所述下包層2設(shè)置在基底1的上表面；所述芯層3設(shè)置在下包層2的上表面；所述芯層3上表面以及芯層3周側(cè)的下包層2上表面均與上包層4的下表面貼合；所述布拉格光柵5設(shè)置在芯層3的下表面，所述布拉格光柵5與芯層3構(gòu)成波導(dǎo)布拉格光柵；挖空上包層4的中心區(qū)域形成凹槽6，并且該中心區(qū)域覆蓋波導(dǎo)布拉格光柵的區(qū)域；所述凹槽6中設(shè)置有待測液體，所述待測液體與凹槽6中的芯層接觸；所述芯層3的一端作為輸入光波導(dǎo)7，另一端作為輸出光波導(dǎo)8；光信號從輸入波導(dǎo)7中輸入，進入波導(dǎo)布拉格光柵結(jié)構(gòu)中與待測液體接觸，最后從輸出光波導(dǎo)8輸出。

進一步的，芯層3的表面寬度小于上、下包層的表面寬度，芯層3的表面長度與上、下包層一樣。

進一步的，下包層2采用折射率為1.35～1.45的有機聚合物；芯層3采用折射率為1.6～1.8的有機聚合物；上包層4采用折射率為1.35～1.45的有機聚合物。

進一步的，布拉格光柵5采用周期性分布的凹凸型皺褶光柵結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述芯層3采用矩形光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

有益效果：本發(fā)明提供的一種聚合物集成波導(dǎo)布拉格光柵折射率傳感器：

(1)與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明所設(shè)計的折射率傳感器結(jié)構(gòu)采用聚合物作為器件材料，波導(dǎo)芯層和包層折射率的選擇靈活，加工工藝簡單廉價，材料成本低，從而器件成本低；采用高折射率差的聚合物材料作為上、下包層和芯層，并使具有波導(dǎo)布拉格光柵的芯層的兩個側(cè)面和頂面與待測液體接觸，可以增大折射率傳感范圍、提高折射率傳感靈敏度；器件具有體積小、重量輕、成本低和易于集成的優(yōu)點。

(2)布拉格光柵5采用周期性分布的凹凸型皺褶光柵結(jié)構(gòu)，易于通過微加工工藝制備。

附圖說明

圖1為本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)的頂面俯視圖。

圖2為本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中中心處的正面剖視圖。

圖3為本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中中心處的側(cè)面剖視圖。

圖4為本發(fā)明器件在不同折射率液體中的透射光譜示意圖。

圖5為本發(fā)明器件的透射光譜中心波長與外界液體折射率的關(guān)系示意圖。

圖6為本發(fā)明器件的折射率傳感靈敏度與外界液體折射率的關(guān)系示意圖。

圖中有：基底1，下包層2，芯層3，上包層4，布拉格光柵5，凹槽6，輸入光波導(dǎo)7，輸出光波導(dǎo)8。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

圖1是本發(fā)明的一種聚合物集成波導(dǎo)光柵折射率傳感器的具體實施示意圖。