[發明專利]基于一維光子晶體耦合微環腔的生物傳感器

有效

• 申請號: 201710873241.0
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107703101B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 王卓然;袁國慧;彭芳草;管磊;彭真明
• 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: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開了一種基于一維光子晶體耦合微環腔的生物傳感器，包括第一直波導、微環諧振腔和第二直波導，微環諧振腔位于第一直波導和第二直波導之間，第一直波導和微環諧振腔耦合形成耦合點，第一直波導上設有一維光子晶體組，一維光子晶體組水平的分布在第一直波導上；一維光子晶體組包括非均勻圓孔組和均勻圓孔組，第一直波導上從兩端到耦合點的方向上依次對稱的設有均勻圓孔組和非均勻圓孔組。本發明所提供的基于一維光子晶體耦合微環腔的生物傳感器，通過在輸入直波導上刻蝕一維光子晶體，相較于傳統微環諧振腔所產生的對稱線型(洛倫茲線型)，非對稱線型在傳感領域更加有優勢。

技術領域

本發明屬于對化學或生物物質的檢測技術領域，具體涉及一種基于一維光子晶體耦合微環腔的生物傳感器。

背景技術

生物傳感器是由識別單元和換能器構成的，對被測物具有高度選擇性的檢測器。根據換能器的不同，可以把生物傳感器分成不同的類別，如電化學生物傳感器、光學生物傳感器、熱生物傳感器、半導體生物傳感器、電導/阻抗生物傳感器和聲波生物傳感器等。其中，光學生物傳感器具有無損操作模式、抗電磁干擾、高靈敏度、高速信號產生、高速讀取速率等優點，具有非常廣闊的前景，受到越來越廣泛的關注。

SOI光學生化傳感器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，大多采用了倏逝波探測原理，即周圍媒介的折射率或濃度的改變會導致波導有效折射率的改變，而有效折射率的改變會導致光譜的移動。用光電探測器檢測光譜的移動即可得知被測物質的濃度或折射率信息。目前光學生化傳感器的光波導結構有包括微環腔、微盤腔、微球腔、光子晶體微腔等結構。對于這些結構，其傳感方式分為兩種，一種是基于諧振波長移動的傳感，即通過檢測諧振波長的移動來感知外界物質的濃度或者折射率等信息；另外一種是基于強度變化的傳感，即通過檢測固定波長位置處的光強變化來獲取外界物質的濃度或折射率等信息。但是上述結構所產生的諧振線型都是對稱線型(即洛倫茲線型)，相較于對稱線型，由法諾諧振(Fano resonance)所產生的非對稱線型在傳感領域更加具有優勢。具體體現在，非對稱線型擁有比對稱線型更高的品質因子和斜率，從而在傳感時可以實現更低的探測極限和更高的探測靈敏度。

發明內容

本發明的目的是提高傳統微環光子生物傳感器靈敏度和實現更好的探測極限，在傳統微環生物傳感器的基礎上，提高傳感器的探測性能提出了一種基于一維光子晶體耦合微環諧振腔結構的生物傳感器。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種基于一維光子晶體耦合微環腔的生物傳感器，包括第一直波導、微環諧振腔和第二直波導，微環諧振腔位于第一直波導和第二直波導之間，第一直波導和微環諧振腔耦合形成耦合點，第一直波導上設有一維光子晶體組，一維光子晶體組水平的分布在第一直波導上。

優選地，所述一維光子晶體組包括非均勻圓孔組和均勻圓孔組，第一直波導上從兩端到耦合點的方向上依次對稱的設有均勻圓孔組和非均勻圓孔組。

優選地，所述均勻圓孔組和非均勻圓孔組關于耦合點呈中心對稱分布在第一直波導上，均勻圓孔組離第一直波導中心的距離大于非均勻圓孔組離第一直波導中心的距離。

優選地，所述非均勻圓孔組中圓孔的直徑依次增大，離耦合點最近的圓孔直徑最大。

優選地，所述非均勻圓孔組包括一對中心圓孔，中心圓孔位于耦合點的兩邊且離耦合點的距離最近，中心圓孔的半徑為0.1μm到0.14μm，兩個中心圓孔之間的距離為1.0μm到2.0μm。

優選地，所述非均勻圓孔的個數為28個到34個。

優選地，所述第一直波導每邊分布均勻圓孔的個數為2個到6個。

優選地，所述一維光子晶體組的周期為0.30μm到0.35μm。

優選地，所述非均勻圓孔和均勻圓孔的刻蝕深度均等于微環諧振腔的高度。