[發明專利]一種可測量多通道分析物的C型光子晶體平面陣列

有效

• 申請號: 201910406226.4
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110108645B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 趙勇;吳奇魯
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/23
• 分類號: G01N21/23;G01N21/552;G01N21/63
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

一種可測量多通道分析物的C型光子晶體平面陣列，屬于微型光電子器件設計技術領域。本發明借助結構的高雙折射特性和光子晶體陣列的填充性能來實現高質量的光學傳感響應。完全區別于完整的陣列模式輸出，其兩個主要的基態模式下的偏振態信號被證明具有獨立且敏感的特性輸出。大尺寸的內層傳感通道孔來實現分析物的多相填充，根據優化后的分析計算結論，其光學SPR輸出光譜將產生5個特征輸出峰值各自對應不同的傳感通道。每個特征值有較大的檢測區間，較小的傳輸損耗和極高的輸出靈敏度：13091nm/RIU～45322nm/RIU。該結構可被視為一個多通道的微型組分分析實驗室，在多分析物或多參數同時檢測領域具有極大應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種能同時測量多通道分析物的C型光子晶體平面陣列設計，主要面向于實用領域下的多種微量液體或固體分析物的定量檢測，為醫學測量，高危環境資源勘測，化工生產等領域服務。屬于微型光電子器件設計技術領域。

背景技術

當前的傳感器檢測領域的發展趨勢更注重于小型化和微型化，如何在一個更狹小的空間中去實現更多數據信息的采集一直是一個重要的研究主題。因此，以光纖結構作為載體的傳感器件由于其微型化優勢和信號的特殊性已經成為傳感器發展的前沿領域。在深海探測、油井運輸、化工生產、醫療研究等領域都迫切地需要光纖傳感技術的研究支持。

單模光纖(SMF)，多模光纖(MMF)，空心腔體(HCF)，光纖光柵(FBG)等結構最早被應用在光纖傳感領域中。在此基礎上，進一步加工和組合的級聯結構衍變出了多種檢測原理和敏感機制。雖然這些傳統的光纖傳感結構具有廣泛的研究基礎，其導光機理是簡單且成熟的，但是當面對于不同特性的傳感參數時，這些特性也限制了它們在設計上的靈活性。在光纖的徑向方向上，一般的拉錐，腐蝕等方式會大大減弱結構的機械強度，或者過多的熔接點會帶來更大的傳輸損耗。而一些分立式的設計更是破壞了整個機構的集成度。所以目前的研究迫切需求一個集成度較高的光纖微結構來同時檢測多種靶參數。甚至在一些更加苛刻的場合中需要實現多個信號的共存，所以這對新型的結構設計提出了更高的要求。

為了實現上述目標，光子晶體光纖(PCF)或微結構光纖的研究已經成為當前熱點(文獻1:Zhang Y N,Zhao Y,Zhou T,et al.Applications and developments of on-chipbiochemical sensors based on optofluidic photonic crystal cavities[J].Lab ona Chip,2017:10.1039.C7LC00641A.)。這類結構依賴于光纖端面上的靈活設計，所以本質上不需要在徑向上做多余的加工，這保證了它很高的一體化程度和穩定性(文獻2:An G,LiS,Yan X,et al.High-birefringence photonic crystal fiber polarization filterbased on surface plasmon resonance.[J].Appl Opt,2016,55(6):1262-1266.)。近年來關于光子晶體陣列的研究有很大的進展，但是相關分析并未沒完全利用PCF靈活的填充性能和特殊導光機制來實現多參數或多通道的測量目的(文獻3:Famei W,Chao L,Zhijie S,et al.A Highly Sensitive SPR Sensors Based on Two Parallel PCFs for LowRefractive Index Detection[J].IEEE Photonics Journal,2018,10(4):1-10.)。