[實用新型]一種多通道激光誘導熒光芯片

有效

• 申請號: 201520364595.9
• 申請日: 2015-05-29
• 公開（公告）號: CN204649625U
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發明（設計）人: 周小紅;施漢昌;宋保棟;路密芳
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 何自剛

技術領域

本實用新型涉及光傳感芯片領域，具體地說，本實用新型涉及一種多通道激光誘導熒光芯片。

背景技術

最近幾十年，光學傳感器在環境監測、臨床醫學診斷、食品衛生檢測等研發和應用領域發揮了越來越重要的作用。其中，運用激光在傳感元件表面產生倏逝波，基于倏逝波特性發展起來的光學生物傳感器是生物監測技術的研究熱點和國際前沿。倏逝波傳感器利用了全內反射光學現象，即光線從光密介質(較高折射率的介質，如波導傳感元件)進入到光疏介質(較低折射率的介質，如待測樣品)，當入射角大于等于臨界角時，入射光將發生全反射，此時，在光密介質與光疏介質的界面，仍然會有部分能量泄露到光疏介質，這部分能量叫做倏逝場。

半導體激光器又稱激光二極管，它體積小、壽命長，并可采用簡單的注入電流的方式來泵浦其工作電壓和電流與集成電路兼容，因而可與之單片集成。并且還可以用高達GHz的頻率直接進行電流調制以獲得高速調制的激光輸出。半導體激光器的核心發光部分是由p型和n型半導體構成的pn結管芯，當注入pn結的少數載流子與多數載流子復合時，就會發出可見光，紫外光或近紅外光。

半導體激光器工作原理是激勵方式，利用半導體物質(即利用電子)在能帶間躍遷發光，用半導體晶體的解理面形成兩個平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩、反饋，產生光的輻射放大，輸出激光。

基于全內反射原理的熒光標記生物傳感器具有檢測靈敏度高的優點，得到了廣泛研究。這類傳感器通常利用倏逝場能量激發傳感元件表面捕獲的熒光分子，由此建立起與待測樣品中污染物濃度的定量關系。由于倏逝場在光疏介質中呈指數衰減，通常滲透深度只有幾百nm，因此能夠有效隔離及削弱待測樣品中的背景干擾，提高檢測的靈敏度和選擇性。同時，激發光在探測區域發生全反射，易于與激發出來的熒光信號進行區分。基于激光誘導熒光的倏逝波傳感器具有很高的檢測靈敏度，對痕量污染物具有檢測能力。

多指標并行檢測具有越來越廣泛的應用需求和前景。多指標并行檢測中通常需要采用不同的生化反應條件，為了從空間上對不同反應過程進行隔離，需要設計分叉的光路結構，以形成多個光傳輸通道，也稱為多通道激光誘導熒光芯片。研制多通道激光誘導傳感芯片的主要技術手段是將入射光耦合進光波導，通過Y型分叉結構設計，將耦合進光波導的一束光分成四個通道。在歐盟第5、6輪框架計劃(FP5、FP6)的指引下研發的四通道32指標平面光波導型激光誘導熒光傳感芯片是該方面的代表性成果，見附圖1，其中，11為激光器，30為光波導元件，21為激光尾纖，4為樣品池。該芯片以離子交換工藝在高折射率玻璃表面形成掩埋式光波導結構，然而通過兩次Y型分叉結構形成四通道光路，該結構的缺點是芯片制作過程復雜，由于光波導尺寸限制，實現光波導-激光器單模尾纖的耦合非常困難，耦合效率低，嚴重影響該技術的實用化。

實用新型內容

實用新型涉及一種多通道激光誘導熒光芯片，以解決傳統多通道激光誘導傳感芯片制作過程復雜、耦合效率低的問題。

本實用新型提供了一種多通道激光誘導熒光芯片，包括：半導體激光器、線產生器和光波導元件，其中，所述半導體激光器、線產生器和玻璃片順序安裝，所述光波導元件為長條形光波導元件，所述光波導元件包括：上表面、下表面、頭端面、尾端面和側面，所述頭端面設置在靠近線產生器端，所述頭端面與所述光波導元件上表面之間的角度設置為15°～165°，所述上表面與所述下表面平行，所述上表面、下表面及頭端面均經過拋光，且所述上表面、下表面及頭端面粗糙度Rz小于1.6μm。

進一步地，其中，所述光波導元件由折射率在1.40～2.50范圍內的光波導材料制成。

進一步地，其中，所述光波導元件由折射率在1.40～2.50范圍內的玻璃制成。

進一步地，其中，所述光波導元件由折射率在1.40～2.50范圍內的有機聚合物材料制成。

進一步地，其中，所述光波導元件由折射率為1.51459的光波導材料制成。

進一步地，其中，所述尾端面上涂有吸光材料。

進一步地，其中，所述頭端面與所述光波導元件上表面之間的角度設置為30°～60°

相對于現有技術中的多通道激光誘導熒光芯片，本實用新型的優勢在于：